skripsi rancang bangun prototipe motor induksi …

i

SKRIPSI

RANCANG BANGUN

PROTOTIPE MOTOR INDUKSI ROTOR SANGKAR

5 PHASA, 4 KUTUB, 3 HP, 200 VAC, 50 Hz

Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan Program Pendidikan

Sarjana Ekstensi (PPSE) pada Departemen Teknik Elektro Sub-Konsentrasi

Teknik Energi Listrik

Oleh :

ASRIANTO

NIM : 120422039

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2019

Universitas Sumatera Utara

ii


iii


iv

”Ilmu itu bukanlah sebuah kemahiran dalam berkata-kata,

tetapi ilmu itu (menimbulkan) taqwa kepada Tuhan”

(Abdullah bin Mas’ud – sahabat Rasulullah SAW)

“The wonderful things in life are things you do, not the thing you

have”

(Reinhold Messner – Pendaki Gunung)


v

ABSTRAK

Motor induksi 5 phasa adalah pengembangan motor induksi rotor sangkar

polyphasa. Motor induksi 5 phasa memiliki keunggulan dibandingkan dengan

motor induksi 3 phasa. Tingkat toleransi terhadap gangguan tegangan

sumber/kegagalan stator yang tinggi sehingga mampu untuk menjaga

kesinambungan kinerja motor.

Konstruksi motor induksi 5 phasa asinkron rotor sangkar di desain dan dibangun

dengan 4 kutub, 30 slot stator dengan belitan asimetris dan 33 slot rotor.

Kapasitas motor induksi 5 phasa rotor sangkar yang di desain dan dibangun adalah

3 HP dan disupply dengan tegangan 5 phasa 200 Volt AC dan frekwensi 50 Hz.

Hasil pengujian motor induksi 5 phasa diperoleh data untuk slip maksimum adalah

2,13%, torsi maksimum adalah 12,2946 N-m, torsi induksi adalah 9,1849 N-m dan

torsi start adalah 0,8853 N-m.

Kata kunci : Motor induksi 5 phasa rotor sangkar, slot stator, slot rotor, belitan

asimetris.


vi

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT karena berkat rahmat

dan perlindunganNya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul

“RANCANG BANGUN PROTOTIPE MOTOR INDUKSI ROTOR

SANGKAR, 5 PHASA, 4 KUTUB, 200 VAC, 3 HP, 50 Hz”.

Penulisan skripsi ini merupakan salah satu persyaratan untuk menyelesaikan studi

dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Elektro, Fakultas Teknik,

Universitas Sumatera Utara.

Selama masa perkuliahan pada program Ekstensi sampai menyelesaikan

skripsi ini, penulis banyak memperoleh bimbingan dan dukungan dari berbagai

pihak. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Orang tua (Hj. Airiyah), istri (Zeinida Purba) dan anak-anak (Cahyata

Widyatama dan Muhammad Kindarta Aulia) yang menginspirasi dan menjadi

pendorong sehingga skripsi ini dapat diselesaikan.

2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si., selaku dosen Pembimbing Skripsi yang

telah banyak meluangkan waktu dan fikirannya untuk selalu memberikan

dorongan, bantuan moril, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama

perkuliahan hingga penyusunan skripsi ini.

3. Bapak Ir. Raja Harahap, M.T., selaku dosen Penguji Skripsi yang telah

memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama

perkuliahan hingga penyusunan skripsi ini.

4. Ir. Arman Sani, M.T., selaku dosen Penguji Skripsi yang telah banyak

memberikan masukan untuk penyelesaian Skripsi ini.

5. Bapak Dr. Fahmi, S.T, M.Sc., IPM dan Bapak Ir. Arman Sani, M.T., selaku

Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU

Medan.

6. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah membekali serta memberikan

pengalaman hidup yang berharga selama penulis menjalani masa perkuliahan.

7. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU Medan yang telah

membantu penulis dalam pengurusan administrasi saat perkuliahan serta

selama penyusunan skripsi.


vii

8. Sdr. Abang Pranacitra, teman diskusi untuk membangun motor induksi 5 phasa

rotor sangkar dan telah meminjamkan workshop berikut peralatan kerja untuk

membangun motor induksi 5 phasa rotor sangkar.

9. Staf pegawai Pusat Pengembangan dan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga

Kependidikan (P4TK) Kementrian Pendidikan Nasional, Jalan Setiabudi No.

75, Helvetia, Medan yang memberikan penggunaan fasilitas pengujian induksi

5 phasa rotor sangkar.

10. Seluruh teman-teman Angkatan 2012 program studi Konversi Energi –

Ekstensi, Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara.

11. Teman-teman yang tergabung dalam penelitian motor induksi 5 phasa rotor

sangkar : Fernando EP Manurung dan Floid Mangatur Sihombing.

12. Seluruh crew Electrical, Instrumentation dan Mechanical di Sumpal Gathering

Station dan Dayung Gathering Station, Sumatra Operation – ConocoPhillips

Indonesia.

Penulis menyadari bahwa dalam penulis skripsi ini masih belum sempurna

karena masih terdapat banyak kekurangan baik dari segi isi maupun susunan

bahasa.

Saran dan kritik dari pembaca dengan tujuan untuk menyempurnaan dan

pengembangan motor induksi 5 phasa rotor sangkar sangat penulis harapkan. Akhir

kata, penulis berharap semoga skripsi ini dapat berguna bagi kita semua.

Medan, 22 Januari 2019

Penulis,

Asrianto

NIM. 120422039


viii

DAFTAR ISI

ABSTRAK……………………………………………………………...……...........i

KATA PENGANTAR................................................................................................ii

DAFTAR ISI……….………………..……...……………………………....…........v

DAFTAR GAMBAR..............................................................................................viii

DAFTAR TABEL……….……………..…...………….......……………….............x

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah................................................................................1

1.2 Perumusan Masalah......................................................................................2

1.3 Tujuan Skripsi...............................................................................................2

1.4 Batasan Masalah….......................................................................................2

1.5 Manfaat Penelitian........................................................................................3

BAB II MOTOR INDUKSI 5 PHASA

2.1 Perbandingan Sistem 3 Phasa dan 5 Phasa...................................................4

2.1.1 Hubungan Tegangan, Arus dan Daya pada Sistem 3 Phasa.........................4

2.1.2 Hubungan Tegangan, Arus dan Daya pada Sistem 5 Phasa.........................5

2.1.3 Perbandingan antara Sistem 3 Phasa dan Sistem 5 Phasa.............................5

2.2 Konstruksi Motor Induksi Asinkron Rotor Sangkar.....................................6

2.2.1 Stator.............................................................................................................6

2.2.2 Rotor..............................................................................................................8

2.3 Perbandingan Medan Putar Motor Induksi 3 Phasa dan 5 Phasa..................9

2.3.1 Medan Putar Motor Induksi 3 Phasa.............................................................9

2.3.2 Medan Putar Motor Induksi 5 Phasa...........................................................13

2.4 Perencanaan Motor Induksi 5 Phasa...........................................................18


ix

2.4.1 Perencanaan Stator Motor Induksi 5 Phasa.................................................18

2.4.1.1 Model Bentangan Belitan Stator Motor Induksi 5 Phasa............................19

2.4.1.2 Dimensi Stator Motor Induksi 5 Phasa.......................................................19

2.4.1.3 Jumlah Belitan Stator Motor Induksi 5 Phasa............................................22

2.4.1.4 Penampang Kawat dari Belitan Stator Motor Induksi 5 Phasa..................22

2.4.2 Perencanaan Rotor Motor Induksi 5 Phasa................................................23

2.4.2.1 Diameter Rotor...........................................................................................23

2.4.2.2 Jumlah Slot Rotor.......................................................................................24

2.4.2.3 Dimensi Batang (Bar) Rotor dan Dimensi Slot Rotor................................24

2.5 Slip dan Torsi..............................................................................................24

2.5.1 Rangkaian Ekivalen....................................................................................25

2.5.2 Pemisahan Rugi Tembaga pada Rotor dan Rangkaian Ekivalen................26

2.5.3 Torsi Induksi Motor Induksi 5 Phasa..........................................................27

2.5.3.1 Tegangan Thevenin.....................................................................................27

2.5.3.2 Impedansi Thevenin....................................................................................28

2.5.4 Slip Maksimum dan Torsi Maksimum Motor Induksi 5 Phasa..................30

2.6 Menentukan Parameter Rangkaian Model..................................................30

2.6.1 Pengujian Tahanan Isolasi..........................................................................31

2.6.2 Pengujian Tahanan Belitan Stator (DC Test) .............................................31

2.6.3 Pengujian Tanpa Beban..............................................................................32

2.6.4 Pengujian Block–Rotor................................................................................34

2.7 Kerapatan Fluks Celah Udara atau Specific Magnetic Loading (BAV atau

Baverage).........................................................................................................36

2.8 Muatan Listrik atau Specific Electric Loading (q)......................................36


x

2.9 Pemilihan Faktor Daya and Efisiensi..........................................................36

2.10 D dan L........................................................................................................37

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Metodologi Penelitian.................................................................................38

3.2 Pelaksanaan Penelitian................................................................................38

3.3 Bahan dan Peralatan Penelitian...................................................................38

3.4 Target Penelitian.........................................................................................39

3.5 Prosedur Penelitian.....................................................................................39

BAB IV PERANCANGAN DAN MEMBANGUN MOTOR INDUKSI 5 PHASA

4.1 Perencanaan Dalam Merancang dan Membangun Motor Induksi 5 Phasa

....................................................................................................................44

4.1.1 Perencanaan Stator Motor Induksi 5 Phasa................................................44

4.1.1.1 Dimensi Stator Motor Induksi 5 Phasa …..………....................................44

4.1.1.2 Perencanaan Model Bentangan Belitan Stator Motor Induksi 5 Phasa......45

4.1.1.3 Penandaan Belitan dan Hubungan Antara Sisi Stator Motor Induksi

5 Phasa…….……………….………………………………………..........46

4.1.1.4 Model Belitan Stator Motor Induksi 5 Phasa………………..……….......48

4.1.1.5 Perhitungan Jumlah Belitan Stator Motor Induksi 5 Phasa…...............….49

4.1.1.6 Perhitungan Penampang Kawat dari Belitan Stator Motor Induksi 5 Phasa

....................................................................................................................49

4.1.2 Perencanaan Rotor Motor Induksi 5 Phasa................................................50

4.1.2.1 Diameter Rotor………………......……………….……………................50

4.1.2.2 Jumlah Slot Rotor………....…………………….……………….….........51

4.1.2.3 Dimensi Batang (Bar) Rotor dan Dimensi Slot Rotor…….......................51


xi

4.1.3 Spesifikasi Motor Induksi 5 Phasa……......………….....….……….........52

4.1.4 Proses Pengerjaan Penggulungan Belitan Stator Motor Induksi 5 Phasa

....................................................................................................................53

4.2 Transformator 5 Phasa Sebagai Supply Motor Induksi 5 Phasa….............56

4.2.1 Blok Diagram Transformator 5 Phasa……..........…………....…..............56

4.2.2 Susunan Kumparan Transformator…….…......…......……….…..............57

4.2.3 Perbandingan Kumparan Sekunder (NS) dan Kumparan Primer (NP)

Transformator dengan Hubungan Lilitan Bintang – Bintang........….........59

4.2.4 Perhitungan Jumlah Belitan Transformator….……...…………................62

4.2.5 Tegangan Terminal per-Phasa Transformator………........….……...........64

4.2.6 Perhitungan Penampang Kawat Kumparan Transformator......…..............65

4.2.7 Perhitungan Dimensi Inti Transformator…….………...………................66

4.2.8 Rancangan Dry Transformator………...……...……………..……............69

4.3 Pengujian Dry Transformator 3 Phasa – 5 Phasa……....……..……….….71

4.3.1 Pengujian Tahanan Isolasi……....…………………………………….….71

4.3.2 Pengujian Tanpa Beban……....……..……………………………..….….72

4.4 Pengujian Motor Induksi 5 Phasa……....……..……………………....….72

4.4.1 Pengujian Tahanan Belitan Stator…...…………....……...…..…...............73

4.4.2 Pengujian Tahanan Isolasi…………...……….………..………................73

4.4.3 Pengujian Tanpa Beban…………………...……………….…..................74

4.4.4 Pengujian Block Rotor……...………….…………….…...…....................74

4.4.5 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi 5 Phasa…………......…......…...........75

4.4.6 Parameter Hasil Pengujian Motor Induksi 5 Phasa…………......…............78

4.4.7 Analisa Data Parameter Hasil Pengujian Motor Induksi 5 Phasa……........78


xii

4.4.7.1 Analisa Pengujian Tanpa Beban (No-Load).................................................78

4.4.7.2 Analisa Pengujian Rotor Tertahan (Blocked-Rotor).....................................79

4.4.7.3 Analisa Slip dan Torsi..................................................................................80

4.4.7.4 Pengujian Kehandalan (Reliability)..............................................................80

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan..................................................................................................81

5.2 Saran............................................................................................................81

DAFTAR PUSTAKA


xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Vektor Diagram Sistem 3 Phasa……......……….......….……...........4

Gambar 2.2 Vektor Diagram Sistem 5 Phasa….....................................................5

Gambar 2.3. Komponen dari Motor Induksi Rotor Sangkar...................................6

Gambar 2.4 Bentuk Stator Motor Induksi..............................................................7

Gambar 2.5 Bentuk Belitan Konsentris….……...…...…….…………..................7

Gambar 2.6 Bentuk Belitan Spiral…………………......…..…..……....................8

Gambar 2.7 Rotor Motor Induksi Tipe Rotor Sangkar…………….......................8

Gambar 2.8 Konstruksi Rotor Sangkar Tupai (Squirrel Cage) …….....................9

Gambar 2.9 Belitan 3 Phasa……………………...............…...…..…...................9

Gambar 2.10 Medan Putar Motor Induksi 3 Phasa................................................10

Gambar 2.11 Belitan 5 Phasa….............................................................................13

Gambar 2.12 Medan Putar Motor Induksi 5 Phasa................................................14

Gambar 2.13 Rangkaian Ekivalen Per-Phasa Motor Induksi 5 Phasa…..…..........25

Gambar 2.14 Rangkaian Ekivalen (Akhir) Per-Phasa Motor Induksi 5 Phasa…...27

Gambar 2.15 Penyederhanaan Rangkaian Ekivalen dengan Tegangan Thevenin

……………………………………………………………………………….….....28

Gambar 2.16 Penyederhanaan Rangkaian Ekivalen dengan Impedansi Thevenin

……………………………………………………………………………….….....28

Gambar 2.17 Penyederhanaan Rangkaian Ekivalen dengan Metoda Thevenin….29

Gambar 2.18 Rangkaian Pengujian Tahanan Belitan Stator………………..........31

Gambar 2.19 Rangkaian Pengujian Tanpa Beban………..………………...….....32

Gambar 2.20 Rangkaian Ekivalen Pengujian Tanpa Beban……………...............33

Gambar 2.21 Rangkaian Pengujian Block–Rotor...................................................34


xiv

Gambar 2.22 Rangkaian Ekivalen Pengujian Block–Rotor....................................34

Gambar 3.1 Diagram Alir Pengujian Tahanan Isolasi..........................................40

Gambar 3.2 Diagram Alir Pengujian Tahanan Stator (DC Test)..........................41

Gambar 3.3 Diagram Alir Pengujian Tanpa Beban (No Load Test)....................42

Gambar 3.4 Diagram Alir Pengujian Rotor Tertahan (Block–Rotor Test)...........43

Gambar 4.1 Pembagian Kelompok Belitan per-Phasa……....……..…...…........47

Gambar 4.2 Pembagian Kelompok Belitan per- Kutub.......................................47

Gambar 4.3 Distribusi Belitan per-Phasa pada Slot...…...……...…....................48

Gambar 4.4 Model Belitan Stator pada Motor Induksi 5 Phasa Asimetris…......48

Gambar 4.5 Rangkaian Ekivalen End–Ring.........................................................50

Gambar 4.6 Bentuk Belitan Stator per-Phasa Motor Induksi 5 Phasa.................54

Gambar 4.7 Pemasangan Lembaran Plastik Prespan pada Slot Stator Motor

Induksi 5 Phasa.................................................................................54

Gambar 4.8 Pemasangan Belitan pada Slot Stator Motor Induksi 5 Phasa..........54

Gambar 4.9 Diagram Sistem Transformasi 3 Phasa ke 5 Phasa...........................56

Gambar 4.10 Hubungan Kumparan Primer (Bintang) dan Kumparan Sekunder

(Bintang) Transformator 5 Phasa....................….............................57

Gambar 4.11 Hubungan Transformasi Bintang pada Kumparan Primer dari

Transformator 5 Phasa......................................................................57

Gambar 4.12 Hubungan Transformasi Bintang pada Kumparan Sekunder dari

Transformator 5 Phasa......................................................................58

Gambar 4.13 Diagram Phasor Hubungan Kumparan Primer (Bintang) dan

Sekunder (Bintang) Transformator 5 Phasa.....................................58

Gambar 4.14 Perbedaan Sudut Phasa Kumparan Primer (Bintang) 3 Phasa dan


xv

Sekunder (Bintang) Transformator 5 Phasa.....................................59

Gambar 4.15 Model Sisi Primer Transformator dengan Transformasi 3 Phasa

dengan Hubungan Lilitan Bintang...................................................61

Gambar 4.16 Model Sisi Sekunder Transforator dengan Transformasi 5 Phasa

dengan Hubungan Lilitan Bintang....................................................62

Gambar 4.17 Desain Inti Transformator Tipe Cangkang (Core Type) untuk

Transformasi 3 Phasa–5 Phasa.........................................................67

Gambar 4.18 Rangkaian Ekivalen Per-Phasa Motor Induksi 5 Phasa....................76

Gambar 4.19 Rangkaian Pengujian Kehandalan Motor Induksi 5 Phasa...............80

Gambar 5.1 Pembagian Kelompok Belitan per-Kutub.........................................82

Gambar 5.2 Pembagian Kelompok Belitan per-Phasa.........................................83

Gambar 5.3 Distribusi Belitan per-Phasa pada Slot.............................................83

Gambar 5.4 Model Belitan Stator pada Motor Induksi 5 Phasa Simetris.............84


xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Nilai Area Product (AP) Inti Besi Transformator 3 Phasa.....................68

Tabel 4.2 Ukuran Inti Besi Transformator 3 Phasa................................................69

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Tahanan Isolasi Sisi Primer Dry Transformator 3 Phasa

– 5 Phasa................................…………...………….……..…...............71

Tabel 4.4 Hasil Pengujian Tahanan Isolasi Sisi Sekunder Dry Transformator

3 Phasa – 5 Phasa……………………………..……………………..…72

Tabel 4.5 Hasil Pengujian Tanpa Beban Terminal Primer dan Sekunder Dry

Transformator 3 Phasa – 5 Phasa...........................................................72

Tabel 4.6 Hasil Pengujian Tanpa Beban Terminal Primer dan Sekunder Dry

Transformator 3 Phasa – 5 Phasa………….………..………………....……...……....…..72

Tabel 4.7 Hasil Pengujian DC Tahanan Belitan Stator Motor Induksi 5 Phasa.....73

Tabel 4.8 Hasil Pengujian Tanpa Beban Motor Induksi 5 Phasa….....…..…........73

Tabel 4.9 Hasil Pengujian Tanpa Beban Motor Induksi 5 Phasa ….....….............74

Tabel 4.10 Hasil Pengujian Block Rotor Motor Induksi 5 Phasa………..…..….............…..74


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Motor induksi rotor sangkar merupakan motor listrik yang paling banyak

digunakan dalam industri. Motor induksi jenis ini memiliki kontribusi yang besar

pada kehidupan manusia karena memiliki kelebihan pada bentuk dan konstruksi

yang kokoh, sederhana, memiliki keandalan (reliability) dan performa yang tinggi

serta perawatan yang mudah.

Terminologi 5 phasa dan motor induksi 5 phasa pertama sekali

dikemukakan oleh E. E. Ward dan H. Harer pada jurnal penelitian “Preliminary

investigation of an inverter – fed 5 – phase induction motor”[10] dipublikasikan

pada tahun 1969 dan oleh Emil Levi peneliti dari Liverpool John Moores

University, Inggris “Recent Developments in High Performance Variable-Speed

Multiphase Induction Motor Drives” pada simposium Nikola Tesla ke 6 (18 - 20

Oktober 2006) di Beograd, Serbia[5].

Motor induksi polyphasa (di atas 3 phasa) telah menjadi obyek penelitian

beberapa tahun terakhir. Pada skala penelitian, motor induksi 5 phasa memiliki

keunggulan dibandingkan dengan motor induksi 3 phasa. Keunggulan tersebut

adalah tingkat toleransi terhadap gangguan tegangan sumber atau kegagalan

belitan stator yang tinggi sehingga mampu untuk menjaga kesinambungan kinerja

motor. Apabila satu atau dua phasa mendapat gangguan/hilang maka empat atau

tiga phasa yang lain masih akan mampu memutar motor dengan sedikit penurunan

kinerja. Tetapi pada motor induksi 3 phasa, kehilangan satu phasa menyebabkan

motor akan bekerja satu phasa. Kondisi ini akan menyebabkan kenaikan

temperatur yang tinggi pada motor dan motor akan beputar lebih lambat dan tidak

memungkin di start dari keadaan diam. Tetapi motor induksi 5 phasa dapat di

start dengan empat atau tiga phasa yang tersisa.

Dengan putaran relatif sama dengan motor induksi 3 phasa dan jumlah kutub yang

sama, motor induksi 5 phasa dapat menggantikan peran motor induksi 3 phasa.

Pada skripsi ini, penulis melakukan perencanaan dan membangun motor

induksi 5 phasa rotor sangkar. Objektif perencanaan adalah agar diperoleh motor


2

induksi 5 phasa rotor sangkar dengan kecepatan putar dan parameter lain dari

motor induksi 5 phasa.

1.2 Perumusan Masalah

Permasalahan yang dibahas dalam skripsi ini adalah bagaimana

merencanakan dan membangun sebuah prototipe motor induksi rotor sangkar 5

phasa dengan berorientasi kepada :

1. Menentukan kecepatan putaran sinkron motor induksi 5 phasa dan

membangkitkan medan putar.

2. Melakukan kalkulasi pada perencanaan stator dan rotor motor induksi 5 phasa.

3. Melakukan pengujian untuk mendapatkan karateristik seperti kecepatan putar

rotor dan daya keluaran untuk memenuhi kebutuhan sebagai motor penggerak.

1.3 Tujuan Skripsi

Tujuan dari penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut :

1. Merencanakan belitan stator dari motor induksi 5 phasa.

2. Membuktikan medan putar pada motor induksi 5 phasa rotor sangkar dapat

terjadi, kecepatan sinkron motor tidak berelasi dengan penambahan jumlah

phasa motor dan membuktikan bahwa kebutuhan arus pada motor 5 phasa

rendah.

3. Memaparkan kalkulasi perencanaan motor induksi 5 phasa rotor sangkar.

1.4 Batasan Masalah

Agar skripsi ini lebih terarah dan dapat mencapai hasil yang diinginkan,

permasalahan skripsi akan dibatasi sebagai berikut :

1. Motor induksi 5 phasa rotor sangkar menggunakan sumber tegangan listrik 5

phasa, target daya output ditentukan pada perencanaan.

2. Pengerjaan rancang bangun motor induksi 5 phasa rotor sangkar menggunakan

bahan dan material yang mudah didapat di pasaran umum.

3. Aspek mekanikal tidak dibahas, permasalahan mekanikal hanya disesuaikan

dan diperhitungkan agar mendukung fungsi utama dari motor.


3

1.5 Manfaat Penelitian

Lingkup penelitian ini dikategorikan bermanfaat secara teoritis dan praktis

karena :

1. Rancang bangun ini menghasilkan prototipe motor induksi 5 phasa rotor

sangkar yang digunakan untuk penelitian agar diketahui keunggulan dan

kelemahan motor induksi 5 phasa rotor sangkar karena sistem 5 phasa

merupakan sistem baru di dunia, sehingga diperoleh pertimbangan sebagai

alternatif pilihan jenis motor induksi yang bisa digunakan sebagai penggerak.

2. Menjadi referensi pembaca khusus di Departemen Teknik Elektro Universitas

Sumatera Utara, akademisi dan masyarakat umum, yang berhubungan dengan

sistem 5 phasa dan aplikasinya.


4

BAB II

MOTOR INDUKSI 5 PHASA

2.1 Perbandingan Sistem 3 Phasa dan 5 Phasa

Pada sistem kelistrikan 3 phasa, masing-masing phasa memiliki beda

phasa 120° dan sistem tegangan 3 phasa adalah VA, VB dan VC.

Pada sistem 5 phasa beda masing-masing phasa adalah 72° dan sistem tegangan 5

phasa adalah VA, VB, VC, VD dan VE[2].

2.1.1 Hubungan Tegangan, Arus dan Daya pada Sistem 3 Phasa

Sistem tegangan 3 phasa[2]:

(2.1)

(2.2)

(2.3)

Gambar 2.1 Vektor Diagram Sistem 3 Phasa[2]

IL Iph

VAC 2 VAN cos 30o

VAN

P 3 Vph . Iph cos ø

VL . IL cos ø

1,7 VL .IL cos ø (2.4)


5

2.1.2 Hubungan Tegangan, Arus dan Daya pada Sistem 5 Phasa

Sistem tegangan 5 phasa[2] :

(2.5)

(2.6)

(2.7)

(2.8)

(2.9)

Gambar 2.2 Vektor Diagram Sistem 5 Phasa[2]

VAB 2 VAN cos 54o

VAN

1,175 VAN

IL Iph

P = 5 Vph . Iph cos ø

VL . IL cos ø

4,255 VL . IL cos ø (2.10)

2.1.3 Perbandingan antara Sistem 3 Phasa dan Sistem 5 Phasa

Perbandingan daya pada sistem 5 phasa dengan daya pada sistem 3 phasa

adalah 4,255 : 1,73 atau 2,46 : 1.

VL . IL cos ø


6

4,255 VL . IL cos ø

Daya 5 phasa lebih besar 2,46 kali dibanding daya 3 phasa[2].

2.2 Konstruksi Motor Induksi Asinkron Rotor Sangkar

Motor induksi AC terdiri dari 2 bagian elektromagnetik yaitu bagian yang

tidak bergerak yang disebut stator dan bagian yang berputar yang disebut rotor.

Stator dan rotor terdiri dari rangkaian listrik yang umumnya terbuat dari tembaga

atau alumunium berisolasi untuk mengalirkan arus listrik dan rangkaian magnet

yang terbuat dari baja silikon terlaminasi untuk mengalirkan fluks magnet[8].

Gambar 2.3 Komponen dari Motor Induksi Rotor Sangkar[7]

2.2.1 Stator

Stator adalah bagian stasioner pada motor yang disusun oleh rangka motor

yang terbuat dari besi tuang (cast iron) atau campuran aluminium tuang (cast

alluminum alloy).

Inti stator merupakan litasan magnet yang disusun dari kumpulan slot terbuat dari

baja yang dilaminasi merupakan inti stator dan membentuk ruang silindris

diletakkan di dalam rangka motor. Tujuan inti stator tersebut dilaminasi adalah

untuk mengurangi eddy current dan mengurangi rugi-rugi akibat panas berlebih.

Belitan listrik terisolasi yang disebut belitan stator ditempatkan pada slot stator.

Penampang kawat belitan harus cukup besar disesuaikan dengan rating daya

motor. Untuk motor 5 phasa dibutuhkan 5 kelompok belitan.


7

Gambar 2.4 Bentuk Stator Motor Induksi

Ada dua jenis belitan yang digunakan untuk menggulung stator motor

induksi rotor sangkar yaitu belitan konsentris dan belitan spiral.

1. Belitan Konsentris

Belitan konsentris secara pengerjaan lebih mudah tetapi membutuhkan ukuran

mal yang bervariasi tergantung panjang langkah slot dan urutan slot pada satu

kelompok.

Gambar 2.5 Bentuk Belitan Konsentris

2. Belitan Spiral

Belitan spiral secara pengerjaan relatif lebih sulit tetapi ukuran dari belitan

dalam satu kelompok adalah sama pada langkah belitan dan jumlah belitan.

Proses penggulungan relatif sulit karena belitan akan bertumpuk atau

terhalangi oleh belitan yang telah dimasukkan terlebih dahulu pada slot stator.


8

Gambar 2.6 Bentuk Belitan Spiral

2.2.2 Rotor

Rotor adalah bagian yang berputar pada motor induksi. Rotor disusun oleh

slot baja silikon berlaminasi yang membentuk rangkaian magnetik dan rangkaian

listrik. Jenis rotor terdiri atas rotor sangkar tupai (squirrel cage) dan rotor lilit

(wound rotor).

Gambar 2.7 Rotor Motor Induksi Tipe Rotor Sangkar

Rotor sangkar tupai (squirrel cage) disusun dari kumpulan batang tembaga atau

batang aluminium yang ditempatkan dalam slot yang terhubung pada sisi

lingkaran pada setiap ujung rotor. Konstruksi dari rotor tipe ini menyerupai rotor

sangkar.


9

Gambar 2.8 Konstruksi Rotor Sangkar Tupai (Squirrel Cage)

Rotor lilit (wound rotor) tersusun dari belitan terisolasi dengan sambungan yang

keluar menuju ke slip ring yang secara konstruksi terpasang pada poros (shaft)

motor.

2.3 Perbandingan Medan Putar Motor Induksi 3 Phasa dan 5 Phasa

Putaran motor AC (alternating current) ditimbulkan oleh medan putar

(fluks yang berputar) yang dihasilkan di belitan stator. Medan putar ini terjadi

apabila kumparan stator dihubungkan dengan supply tegangan.

2.3.1 Medan Putar Motor Induksi 3 Phasa

Gambar 2.9 menggambarkan belitan stator 3 phasa berkutub dua. Masing-

masing belitan diwakili oleh belitan terkonsentrasi dengan sumbu kumparan

berbeda 120o

listrik[6].

Gambar 2.9 Belitan 3 Phasa[6]


10

Gambar 2.10 Medan Putar Motor Induksi 3 Phasa[6]

Dari Gambar 2.10, komponen yang membentuk medan putar yang merupakan

induksi magnet atau rapat fluks magnet B untuk masing-masing phasa dari sistem

3 phasa di titik berjarak x dari titik 0 adalah[6]:

(2.11)

(2.12)

(2.13)

Dengan menggunakan transformasi trigonometri :

Maka persamaan menjadi :

B


11

Dimana :

Sehingga :

Dimana :

Sehingga :

Hasil dari ketiga komponen di x adalah :

Atau :


12

– (2.14)

Agar bernilai maksimum maka setiap phasa harus memiliki :

–

sin 90o = 1

Maka :

–

–

–

–

Kecepatan putar listrik adalah :

Dari gambar bentuk gelombang 3 phasa diperoleh :

Dengan mempertimbangkan kutub P maka :


13

Kecepatan putar mekanikal adalah :

Pada kondisi setimbang, kecepatan putar mekanikal = kecepatan putar listrik.

= 60 detik, maka :

(2.15)

2.3.2 Medan Putar Motor Induksi 5 Phasa

Gambar 2.11 menggambarkan belitan stator 5 phasa berkutub dua.

Masing-masing belitan diwakili oleh belitan terkonsentrasi pada sumbu kumparan

berbeda 72o listrik.

Gambar 2.11 Belitan 5 Phasa


14

Gambar 2.12 Medan Putar Motor Induksi 5 Phasa

Dari Gambar 2.12 komponen yang membentuk medan putar yang merupakan

induksi magnet atau rapat fluks magnet B untuk masing-masing phasa dari sistem

5 phasa di titik berjarak x dari titik 0 adalah :

(2.16)

(2.17)

(2.18)

(2.19)

(2.20)

Dengan menggunakan transformasi trigonometri :

Maka persamaan menjadi :

B


15

Dimana :

Sehingga :

–

Dimana :

Sehingga :

–


16

Dimana :

Sehingga :

–

Dimana :

Sehingga :

–

Hasil dari kelima komponen di x adalah :


17

Atau :

– (2.21)

Agar bernilai maksimum maka setiap phasa harus memiliki :

–

sin 90o 1

Maka :

–

–

–

–

Dari gambar bentuk gelombang 5 phasa diperoleh :


18

Dengan mempertimbangkan kutub P maka :

Kecepatan putar listrik adalah :

Kecepatan putar mekanikal adalah :

Pada kondisi setimbang, kecepatan putar mekanikal = kecepatan putar listrik.

= 60 detik, maka :

(2.22)

2.4 Perencanaan Motor Induksi 5 Phasa

Perencanaan motor induksi 5 phasa bertujuan untuk mendapatkan dimensi

fisik dari seluruh bagian motor secara lengkap utamanya dimensi stator, dimensi

rotor dan belitan stator.

Untuk mendapatkan detail perencanaan tersebut diperlukan spesifikasi yang

diinginkan dari motor induksi yang dibutuhkan seperti rating daya keluaran,

rating tegangan, jumlah phasa, frekwensi, desain stator dan belitan stator, desain

rotor dan pengujian motor.

2.4.1 Perencanaan Stator Motor Induksi 5 Phasa

Stator pada motor induksi terdiri dari inti stator dan slot stator. Jumlah slot

stator dari motor induksi dirumuskan sebagai[3] :


19

(2.23)

Dimana :

S : Jumlah slot stator motor yang diperlukan

m : Jumlah phasa motor

P : Jumlah kutub motor

K : Konstanta belitan AC (simetris atau asimetris)

Untuk belitan simetri K = 0, 2, 4, ...

Untuk belitan asimetris K = 1, 3, 5, ...

2.4.1.1 Model Bentangan Belitan Stator Motor Induksi 5 Phasa

Gambar bentangan belitan stator adalah diagram skematik yang dijadikan

acuan pada proses pengerjaan penggulungan stator pada motor induksi. Faktor-

faktor yang diperlukan agar gambar bentangan belitan stator ini sempurna adalah:

1. Jumlah kutub (P)

Untuk menentukan jumlah kutub stator motor induksi menggunakan

persamaan (2.22) yang diubah menjadi :

2. Jumlah Slot Stator

Untuk menentukan jumlah slot stator untuk motor induksi 5 phasa

menggunakan persamaan (2.23) :

Dimana :

K : Jumlah slot/phasa

S : Jumlah slot stator motor

m : Jumlah phasa motor

P : Jumlah kutub

2.4.1.2 Dimensi Stator Motor Induksi 5 Phasa

Persamaan yang digunakan merupakan ekspresi matematika yang

memberikan relasi antara berbagai parameter fisik dan listrik dari mesin listrik.

Persamaan output motor induksi dalam kW adalah:


20

Dengan pertimbangan “m” phasa, daya input motor adalah :

(2.24)

Untuk motor 5 phasa dimana m = 5, daya input motor adalah:

(2.25)

Dimana :

Dimana :

(2.26)

Putaran sinkron motor Ns dalam rpm (revolution per-minute), maka :

(2.27)

Putaran sinkron motor ns dalam rps (revolution per-second), maka :

(2.28)

Output motor adalah :

(2.29)

Dimana :

Atau :

(2.30)

Dan :

(2.31)

Sehingga daya keluaran motor 5 phasa adalah :


21

(2.32)

Dimana :

(2.33)

Karena itu, daya keluaran motor :

(2.34)

Dan daya keluaran motor :

(2.35)

Volume rotor motor induksi adalah :

(2.36)

Kriteria untuk perencanaan motor yang baik adalah :

Kalkulasi perencanaan dimensi stator dan rotor motor induksi 5 phasa dengan 4

kutub menggunakan persamaan dibawah :

Atau :

(2.37)

Dimana :

Vph : Tegangan phasa (Volt)

Iph : Arus phasa (Ampere)

Zph : Jumlah konduktor/phasa

Tph : Jumlah belitan/phasa

Ns : Putaran sinkron dalam (rpm)

ns : Putaran sinkron dalam (rps)

p : Jumlah kutub

q : Muatan listrik (specific electric loading) (Amp konduktor/m2)

: Fluks celah udara (air gap flux)/kutub (Wb)


22

Bav : Kerapatan fluks rata-rata (Wb/mm2 atau Tesla)

kw : Winding factor

: Efisiensi

cos : Power factor

D : Diameter stator/rotor (mm)

L : Panjang inti stator/rotor (mm)

Co : Koefisien output

2.4.1.3 Jumlah Belitan Stator Motor Induksi 5 Phasa

Dengan menggunakankan persamaan-persamaan sebelumnya maka

diperoleh persamaan emf pada sebuah motor induksi yaitu :

Eph=4,44 f . .Tph . kw (2.38)

Oleh karena itu jumlah belitan per-phasa dapat diperoleh dari persamaan emf :

(2.39)

Jumlah konduktor per-phasa dan per-slot adalah :

(2.40)

Dimana :

Eph : EMF terinduksi(tegangan per-phasa yangditerapkan) (Volt)

f : Frekuensi rating (Hz)

: Fluks air gap per-kutub (Wb)

Tph : Jumlah belitan per-phasa

kw : Faktor belitan, diasumsikan sebesar 0,955

S : Jumlah slot stator

2.4.1.4 Penampang Kawat dari Belitan Stator Motor Induksi 5 Phasa

Perhitungan luas penampang konduktor stator berdasarkan arus stator per-

phasa dan nilai kerapatan arus untuk belitan stator, atau :

(2.41)

Persamaan arus stator per-phasa adalah :

(2.42)


23

Dimana :

as : Ukuran penampang konduktor stator (mm2)

δs : Kerapatan arus dalam belitan stator (A/mm2)

Is : Arus stator per-phasa (Ampere)

Pemilihan kerapatan arus didasarkan pada pertimbangan keuntungan dan

kerugian. Keuntungan dari nilai kerapatan arus yang tinggi yaitu dapat mereduksi

penampang, mereduksi berat dan mereduksi biaya. Kerugian dari nilai kerapatan

arus yang tinggi adalah nilai resistansi meningkat, rugi tembaga meningkat, nilai

kenaikan temperatur meningkat dan efisiensi menurun.

Kerapatan arus pada konduktor stator berkisar antara 3 – 4 A/mm2.

Nilai kerapatan arus yang tinggi digunakan pada motor tegangan rendah dan

rating motor kecil.

Berdasarkan bentuk dan ukuran penampang juga dapat ditentukan. Jika

ukuran penampang konduktor dibawah 5 mm2

maka konduktor berpenampang

bulat yang akan digunakan. Jika ukuran diatas 5 mm2 maka konduktor segi-empat

yang akan digunakan.

2.4.2 Perencanaan Rotor Motor Induksi 5 Phasa

Perencanaan rotor motor bertujuan untuk menentukan dimensi rotor,

jumlah slot rotor dan dimensi batang (bar) rotor motor induksi 5 phasa.

Parameter-parameter tersebut merupakan spesifikasi rotor motor induksi 5 phasa.

2.4.2.1 Diameter Rotor

Penentuan diameter rotor dilakukan dengan mempertimbangkan panjang

celah udara lg, panjang stator L dan diameter stator D.

Panjang celah udara (lg) adalah :

lg= 0,2 + 2

L (2.43)

Minimum diameter luar rotor (Dr) adalah :

Dr = D – 2 lg (2.44)


24

2.4.2.2 Jumlah Slot Rotor

Faktor yang menjadi perhatian dalam menentukan jumlah slot rotor motor

induksi adalah :

a. Untuk menghindari masalah magnetic locking : Ss ˃ Sr

b. Untuk menghindari masalah cogging dan crawling : (Ss– Sr) ≠ ±P, ±2P, ±5P

Cogging adalah kegagalan rotor untuk berputar pada saat tegangan penuh

sudah disupply pada belitan stator, cogging dapat dikurangi dengan

menggunakan slot rotor yang miring.

Crawling adalah kecenderungan motor induksi untuk berputar dengan

kecepatan sangat rendah dibanding kecepatan sinkron, efek ini dapat dikurangi

dengan memperpendek jarak antara slot stator.

c. Untuk menghindari masalah noise operasi : (Ss– Sr) ≠ ±1, ±2, (±P ± 1), (±P ±

2)

2.4.2.3 Dimensi Batang (Bar) Rotor dan Dimensi Slot Rotor

Tegangan yang disupply ke belitan stator akan diinduksikan pada rotor.

Daya masukkan motor induksi 5 phasa P berupa tegangan phasa dan arus beban

penuh per-phasa dari motor induksi 5 phasa.

Arus beban penuh motor atau arus stator per-phasa adalah :

Arus rotor ekuivalen adalah :

(2.45)

Dengan nilai KWS dan jumlah konduktor rotor/slot maka arus per-konduktor rotor

adalah :

(2.46)

Luas penampang batang rotor bergantung pada kerapatan arus atau :

(2.47)

2.5 Slip dan Torsi

Slip timbul akibat adanya perbedaan antara kecepatan medan putar

(synchronous speed) dengan kecepatan rotor (rotor speed).


25

Torsi adalah energi yang digunakan mengukur kemampuan mesin melakukan

kerja.

2.5.1 Rangkaian Ekivalen

Karateristik kinerja motor induksi 5 phasa ditentukan dengan

menggunakan rangkaian ekivalen termasuk untuk memperoleh persamaan slip dan

torsi. Rugi tembaga stator, rugi inti dan rugi tembaga rotor dapat ditentukan.

Arus phasa untuk masukan motor adalah :

(2.48)

Rugi tembaga stator pada motor induksi 5 phasa adalah :

(2.49)

Rugi inti atau daya pada celah udara (air gap) adalah :

(2.50)

Gambar 2.13 Rangkaian Ekivalen Per-Phasa Motor Induksi 5 Phasa[14]

Pada rangkaian ekivalen komponen untuk celah udara merupakan

, sehingga :

(2.51)

Rugi tembaga pada rotor adalah :

(2.52)

Rugi tembaga stator, rugi inti dan rugi tembaga rotor dikeluarkan dari daya

masukan motor induksi 5 phasa maka daya yang tersisa diubah bentuk dari bentuk

listrik menjadi mekanik, atau :


26

(2.53)

Rugi tembaga di rotor harus relatif sama dengan daya pada celah udara dikali slip,

atau[14] :

Semakin rendah slip motor maka rugi rotor semakin rendah.

Bila rotor tidak berputar maka slip s = 1 dan celah udara seluruhnya dikonsumsi

oleh rotor. Jika rotor tidak berputar, daya keluaran Pout (Pout = τload. ωm) harus

nol. Karena Pconv ( ) berhubungan dengan daya yang akan

dikonversi dari bentuk listrik ke mekanik.

(2.54)

Dengan mempertimbangkan rugi-rugi gesekan dan rugi-rugi lainnya, maka daya

keluaran adalah :

(2.55)

2.5.2 Pemisahan Rugi Tembaga pada Rotor dan Rangkaian Ekivalen

Daya yang ditransfer melalui celah udara akan diserap sebagai rugi

tembaga rotor dan diubah menjadi energi mekanik. Rugi tembaga rotor harus

dipisahkan karena komponen rugi tembaga dan tahanan rotor digunakan untuk

rugi tembaga rotor dan daya keluaran.

Daya pada celah udara membutuhkan

dan rugi tembaga rotor memerlukan R2.

Perbedaan antara

dan rugi tembaga rotor merupakan R konversi, atau[14] :

(2.56)

Sehingga rangkaian ekivalen motor induksi 5 phasa seperti pada Gambar 2.14.


27

Gambar 2.14 Rangkaian Ekivalen (Akhir) Per-Phasa Motor Induksi 5 Phasa[14]

2.5.3 Torsi Induksi Motor Induksi 5 Phasa

Torsi yang diinduksikan pada motor 5 phasa didefinisikan sebagai torsi

yang dihasilkan daya mekanik, atau :

Atau :

(2.57)

(2.58)

Persamaan mengacu pada kecepatan sinkron. Daya celah udara adalah daya yang

ditransfer dari stator ke rotor melalui celah udara dan didefinisikan sebagai :

(2.59)

Daya celah udara adalah :

Arus pada rangkaian rotor I2 ditentukan dengan metode Thevenin. Teorema

Thevenin menyatakan bahwa setiap rangkaian linier dapat dipisahkan dari sistem

dan digantikan oleh sumber tegangan dan dihubungkan secara seri dengan

impedansi ekivalen.

2.5.3.1 Tegangan Thevenin

Penyederhanaan rangkaian ekivalen dengan menggunakan impedansi

ekivalen untuk mendapatkan tegangan Thevenin ditunjukkan pada Gambar

2.15[14].

Tegangan Thevenin adalah :


28

(2.60)

Gambar 2.15 Penyederhanaan Rangkaian Ekivalen

dengan Tegangan Thevenin[14]

Karena XM>>X1 dan XM>>R1, sehingga :

(2.61)

2.5.3.2 Impedansi Thevenin

Untuk memperoleh impedansi Thevenin maka komponen rotor

dikeluarkan dari rangkaian. Penyederhanaan rangkaian ekivalen dengan

menggunakan impedansi Thevenin ditunjukkan pada Gambar 2.16.


dengan Impedansi Thevenin[14]

Sehingga impedansi Thevenin adalah :

(2.62)

Karena XM>>X1 dan XM>>R1, sehingga :

(2.63)


29


dengan Metoda Thevenin[14]

Rangkaian stator dan rotor terwakili pada rangkaian ekivalen Thevenin, sehingga

I2 adalah[14] :

Atau :

(2.64)

Sehingga daya pada celah udara per-phasa adalah :

(2.65)

Dan daya pada celah udara 5 phasa adalah :

(2.66)

Torsi yang diinduksikan adalah :

(2.67)

(2.68)

Torsi start dimana nilai slip s = 1 adalah :

(2.69)

Dimana :

(2.70)


30

Untuk frekwensi 50 Hz maka adalah 1500 rpm, maka :

2.5.4 Slip Maksimum dan Torsi Maksimum Motor Induksi 5 Phasa

Torsi yang diinduksikan adalah

, torsi maksimum diperoleh dengan

menentukan celah udara maksimum. Daya celah udara maksimum adalah bila

daya yang dikonsumsi oleh tahanan

tinggi. Transfer daya maksimum akan

tercapai bila impedansi sumber yang sama dengan impedansi beban.

Impedansi sumber adalah[14] :

Transfer daya maksimum yang terjadi adalah :

Transfer daya akan maksimum dimungkinkan bila slip maksimum, atau :

(2.71)

Substitusi nilai kedalam persamaan torsi, atau :

(2.72)

2.6 Menentukan Parameter Rangkaian Model

Ada 4 jenis pengujian yang dilakukan pada motor induksi :

1. Pengujian tahanan isolasi

2. Pengujian DC

3. Pengujian tanpa beban

4. Pengujian Block–Rotor


31

2.6.1 Pengujian Tahanan Isolasi

Pengujian tahanan isolasi (insulation resistance test) bertujuan untuk

mengetahui kondisi isolasi belitan stator motor induksi.

Sebuah megohmmeter digunakan untuk mengukur nilai tahanan isolasi

menggunakan arus rendah dan tegangan DC minimum sesuai dengan tegangan

yang akan diaplikasikan. Sumber tegangan konstan diterapkan pada tahanan stator

yang akan diukur dan arus yang dihasilkan dibaca dan menampilkan nilai tahanan

isolasi.

Berdasarkan IEEE 43 nilai tahanan isolasi dipersyaratkan :

(2.73)

2.6.2 Pengujian Tahanan Belitan Stator (DC Test)

Pengujian tahanan belitan stator (DCtest) bertujuan untuk mengetahui

kesamaan (balance) atau tidak dari kelima phasa tahanan stator motor. Jika

ditemukan perbedaan yang signifikan maka belitan stator motor harus diperbaiki.

Pengujian ini juga untuk menentukan R1 sebagai dasar untuk menentukan R2, X1

dan X2[14].

Belitan stator diberikan tegangan DC, tidak ada tegangan terinduksi pada

rangkaian rotor. Arus rotor bernilai nol dan reaktansi motor juga bernilai nol.

Besaran yang terlewati arus adalah pada tahanan stator sehingga nilai tahanan

tersebut dapat ditentukan.

Rangkaian untuk pengujian DC ditunjukkan pada Gambar 2.18. Sumber DC

dihubungkan pada terminal belitan stator A, B, C, D dan E.

Gambar 2.18 Rangkaian Pengujian Tahanan Belitan Stator


32

Prosedur pengujian :

1. Tegangan DC disupply ke terminal motor dan arus ke belitan stator dinaikkan

secara bertahap hingga mencapai nilai rating.

2. Tegangan antar terminal motor diukur dan dicatat.

Tujuan untuk menaikkan arus kebelitan stator hingga mencapai nilai rating adalah

untuk memanaskan belitan mencapai temperatur yang sama dengan ketika kondisi

beban penuh.

Nilai tahanan R1 adalah :

(2.74)

Atau:

Karena nilai tahanan R1 dapat ditentukan sehingga PSCL dapat ditentukan.

2.6.3 Pengujian Tanpa Beban

Pengujian tanpa beban bertujuan untuk mengetahui rugi rotasi dan

memberikan data tentang arus magnetisasi. Motor induksi akan berputar tanpa

beban, beban pada motor adalah rugi gesekan (friction) dan belitan (winding) atau

PF&W. Semua daya terkonversi (Pconv) dalam motor ini diserap oleh rugi mekanik.

Rotor berputar pada kecepatan sinkron sehingga slip sangat kecil[14]. Rangkaian

pengujian ini ditunjukkan pada Gambar 2.19.

Gambar 2.19 Rangkaian Pengujian Tanpa Beban


1. Tegangan AC di supply ke terminal motor dan nilai tegangan terminal motor

dinaikkan secara bertahap hingga mencapai nilai rating.


33

2. Perubahan tegangan terminal motor, arus dan faktor daya (power factor)

diukur dan dicatat.

Rangkain ekivalen motor pengujian tanpa beban ditunjukkan pada Gambar 2.20.

Gambar 2.20 Rangkaian Ekivalen Pengujian Tanpa Beban[14]

Dengan slip yang sangat kecil, tahanan sesuai dengan daya terkonversi,

R2(1-s)/s lebih besar dibandingkan dengan tahanan rugi tembaga rotor (R2) dan

juga lebih besar dari reaktansi rotor (X2), sehingga tahanan keluaran diparalel

dengan reaktansi magnetisasi (XM) dan rugi besi (RC). Pada kondisi tanpa beban,

daya input motor yang terukur harus sama dengan rugi-rugi pada motor. Rugi

tembaga rotor tidak diperhitungkan karena arus I2 sangat kecil.

Rugi tembaga stator diberikan oleh persamaan dibawah:

(2.75)

Daya masukan motor induksi diberikan oleh persamaan :

(2.76)

Dimana rugi rotasi motor adalah :

(2.77)

Rangkaian ekivalen motor pada kondisi tanpa beban terdiri atas tahanan RC dan

R2(1-s)/s paralel dengan reaktansi magnetisasi (XM). Arus yang dibutuhkan untuk

mempertahankan medan magnet dalam motor induksi cukup besar karena

reluktansi yang tinggi pada air gap motor, jadir eaktansi (XM) akan lebih kecil dari

pada tahanan yang terhubung paralel dan faktor daya masukan akan menjadi lebih

kecil. Drop tegangan akan melintasi komponen induktif dalam rangkaian.

Impedansi masukan ekivalen dapat ditunjukkan dengan :


34

2.6.4 Pengujian Block–Rotor

Pengujian block-rotor atau locked-rotor bertujuan untuk mendapatkan

parameter rangkaian ekivalen[14].


1. Rotor diblock sehingga rotor tidak dapat bergerak.

2. Tegangan AC disupply ke stator kemudian aliran arus diatur hingga berada

pada kondisi full load, kemudian tegangan, arus dan faktor daya diukur dan

dicatat.

Gambar 2.21 Rangkaian Pengujian Block–Rotor

Gambar 2.22 Rangkaian Ekivalen Pengujian Block–Rotor[14]

Karena rotor diblok maka slip akan menjadi maksimum sehingga R2 akan kecil.

Arus akan mengalir ke rangkaian rotor pada cabang magnetisasi, sehingga

rangkaian akan menjadi :

Maka :


35

Atau :

Sehingga :

(2.78)

(2.79)

Catatan :

Karena R1 dapat ditentukan dari pengujian DC, sehingga R2 dapat ditentukan.

Nilai XLR dapat ditentukan dengan menggunakan rumus di bawah:

(2.80)

Reaktansi ekivalen adalah :

(2.81)

Tahanan blocked-rotor adalah :

R1 diperoleh dari DC test, maka nilai resistansi rotor dan reaktansi rotor dapat

diperoleh dengan persamaan :

(2.82)

Tahanan blocked-rotor adalah :

(2.83)

Faktor daya blocked-rotor serta sudut impedansi ( ) dapat diberikan oleh :

Sehingga :

Magnitudo dari total impedansi dalam rangkaian motor adalah :

(2.84)

Sudut total impedansi adalah , maka :


36

(2.85)

2.7 Kerapatan Fluks Celah Udara atau Specific Magnetic Loading (BAV

atau Baverage)

Rugi-rugi besi tergantung pada nilai muatan magnetik atau kerapatan fluks

pada celah udara. Pada perencanaan motor, pemilihan untuk nilai kerapatan fluks

adalah[12] :

a. Kerapatan fluks pada teeth : <1,8 Tesla

b. Kerapatan fluks di inti : 1,3 – 1,5 Tesla

Keuntungan dari nilai kerapatan fluks celah udara BAV yang tinggi adalah :

a. Ukuran/dimensi motor akan lebih kecil

b. Biaya pembuatan motor rendah

c. Kapasitas overload meningkat

BAV untuk motor 50 Hz adalah 0,35 – 0,6 Tesla.

2.8 Muatan Listrik atau Specific Electric Loading (q)

Jumlah muatan listrik (q) yang melewati keliling konduktor disebut

sebagai muatan elektris.

Keuntungan dari nilai q yang tinggi adalah[12]:

a. Mengurangi ukuran/dimensi motor

b. Mengurangi biaya pembuatan motor

Kekurangan atau kerugian dari nilai q yang lebih tinggi adalah :

a. Jumlah penggunaan tembaga yang lebih tinggi

b. Rugi-rugi tembaga besar

c. Kenaikan temperatur yang meningkat

d. Kapasitas overload menurun

Nilai kisaran q pada motor yaitu 10.000 ac/m – 450.000 ac/m.

2.9 Pemilihan Faktor Daya and Efisiensi

Pemilihan faktor daya dan efisiensi dalam kondisi beban penuh akan

meningkatkan rating dari motor. Persentase arus magnetisasi dan rugi-rugi akan


37

lebih rendah untuk motor dengan rating besar dibanding motor dengan rating

kecil. Faktor daya dan efisiensi akan lebih tinggi untuk motor dengan kecepatan

putar tinggi dari pada motor dengan kecepatan putar rendah pada rating yang

sama karena kondisi pendinginan yang lebih baik. Dengan pertimbangan semua

faktor dan parameter di atas akan terjadi variasi berdasarkan output dari

motor[12].

2.10 D dan L

Persamaan output menunjukkan hubungan antara nilai D2L dan output

motor. Pertimbangan desain yang didasarkan pada rasio yang sesuai antara

panjang inti L dan diameter stator D[12]:

a. Untuk mendapatkan biaya minimum : 1,5–2,0

b. Untuk mendapatkan efisiensi yang baik : 1,4–1,6

c. Untuk mendapatkan desain yang baik : 1,0–1,1

d. Untuk mendapatkan faktor daya yang baik : 1,0–1,3

Faktor daya memainkan peran yang sangat penting terhadap kinerja motor induksi

dan disarankan untuk merancang motor induksi dengan faktor daya yang baik

kecuali ditentukan.


38

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Metodologi Penelitian

Agar skripsi ini dapat diselesaikan, maka penulis menggunakan

metodologi penelitian sebagai berikut:

1. Studi Literatur tentang dasar-dasar teori motor induksi poly-phasa yang

berkaitan dengan studi kepustakaan, buku referensi, jurnal, artikel dari internet

dan bahan perkuliahan yang relevan dan mendukung dalam penulisan skripsi

ini.

2. Metoda Penelitian yaitu suatu teknik pengumpulan data yang dilakukan

dengan pengamatan langsung terhadap objek yang akan diteliti yaitu dengan

cara melakukan pengamatan di laboratorium.

3. Metode Diskusi yaitu suatu teknik pengumpulan data yang dilakukan dengan

melakukan diskusi dengan Dosen Pembimbing mengenai masalah-masalah

yang timbul selama penulisan skripsi ini berlangsung.

4. Menganalisa hasil pengumpulan data dari penelitian yang dilakukan.

5. Membuat kesimpulan dari hasil analisa yang telah dilakukan.

3.2 Pelaksanaan Penelitian

Penelitian akan dilaksanakan di Laboratorium Konversi Energi

Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik USU Medan dan di Pusat

Pengembangan dan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan (P4TK)

Kementrian Pendidikan Nasional, Jalan Setiabudi No. 75, Helvetia, Medan.

3.3 Bahan dan Peralatan Penelitian

Kebutuhan peralatan dan bahan untuk penelitian skripsi ini adalah sebagai

berikut:

1. Motor induksi rotor sangkar

Spesifikasi : 5 phasa, 4 kutub, 3 HP, 50 Hz, VL-N : 200 VAC

2. Transformator 5 phasa


39

Spesifikasi :8kVA, 50 Hz, kumparan primer 3 phasa, 380 VAC dan kumparan

sekunder 5 phasa, VL-N : 200 VAC

3. Power supply

Spesifikasi : 3 phasa, 380 VAC, 50 Hz, 10 A

4. Tacho Generator

5. Digital Tachometer

6. Temperature Gun /Thermometer

7. Ampere Meter atau Ampere Clamp

8. Multimeter

9. Modul load test

3.4 Target Penelitian

Dalam melaksanakan penelitian, target data yang dibutuhkan adalah :

1. Kecepatan putar rotor dari motor induksi asinkron rotor sangkar 5 phasa, 4

kutub dengan frekwensi 50 Hz adalah mendekati putaran sinkron Ns 1500 rpm.

2. Arus yang ditarik oleh motor induksi asinkron rotor sangkar 5 phasa, 4 kutub

dengan frekwensi 50 Hz harus lebih rendah dibanding arus pada motor induksi

asinkron rotor sangkar 3 phasa, 4 kutub dengan frekwensi 50 Hz (berdasarkan

name plate motor).

3.5 Prosedur Penelitian

Tahapan-tahapan sebelum melakukan penelitian atau pengujian motor

induksi 5 phasa rotor sangkar ini adalah :

1. Menentukan spesifikasi motor yang akan dirancang, motor induksi 5 phasa

rotor sangkar ini tidak akan langsung diaplikasikan sebagai penggerak namun

hanya sebagai motor prototipe.

2. Melakukan analisa dan perhitungan terhadap spesifikasi, dimensi serta

komponen-komponen motor yang diperlukan untuk menyusun motor induksi

5 phasa rotor sangkar tersebut.

3. Perancangan stator motor dan kumparan stator.


40

4. Untuk perhitungan mekanikal tidak diutamakan namun dibuat sedemikian

rupa sehingga sisi mekanikal mendukung fungsi utama motor induksi 5 phasa

rotor sangkar.

5. Proses perakitan motor induksi 5 phasa rotor sangkar dengan berpedoman

pada desain yang sudah dibuat. Proses perakitan meliputi penggulungan

belitan stator dan assembly rotor pada motor.

6. Motor induksi 5 phasa rotor sangkar yang telah selesai dirakit dilanjutkan

dengan pengujian.

Teknik pengambilan data dan pengolahan/kalkulasi data pada pengujian

berdasarkan diagram alir (flowchart) dan dibagi atas :

a. Pengujian Tahanan Isolasi

Gambar 3.1 Diagram Alir Pengujian Tahanan Isolasi


41

b. Pengujian Tahanan Stator (DC Test)

Gambar 3.2 Diagram Alir Pengujian Tahanan Stator (DC Test)


42

c. Pengujian Tanpa Beban (No Load Test)

Gambar 3.3 Diagram Alir Pengujian Tanpa Beban (No Load Test)


43

d. Pengujian Rotor Tertahan (Block–Rotor Test)

Gambar 3.4 Diagram Alir Pengujian Rotor Tertahan (Block–Rotor Test)


44

BAB IV

PERANCANGAN DAN MEMBANGUN MOTOR INDUKSI 5 PHASA

4.1 Perencanaan Dalam Merancang dan Membangun Motor Induksi

5 Phasa

Urutan perencanaan dalam membangun motor induksi 5 phasa rotor

sangkar adalah :

1. Perencanaan stator motor induksi 5 phasa.

2. Perencanaan rotor motor induksi 5 phasa.

3. Menggulung motor induksi 5 phasa.

4. Power supply 5 phasa untuk kebutuhan pengujian motor.

5. Pengujian motor induksi 5 phasa.

6. Spesifikasi motor induksi 5 phasa.

4.1.1 Perencanaan Stator Motor Induksi 5 Phasa

Perencanaan stator motor bertujuan untuk menentukan dimensi stator,

jumlah kutub stator, model bentangan belitan stator, jumlah konduktor per-phasa

dan per-slot dan penampang konduktor belitan stator motor induksi 5 phasa.

Parameter-parameter tersebut merupakan spesifikasi stator motor induksi 5 phasa.

4.1.1.1 Dimensi Stator Motor Induksi 5 Phasa

Daya keluaran motor dari motor induksi 5 phasa yang direncanakan 3 HP

(2,238 kW) dan efesiensi 85% adalah :

= 1,9023 kW

Koefisien keluaran motor dari motor induksi 5 phasa yang direncanakan dengan

muatan listrik (q) 12.000 Amp konduktor/m2

dan kerapatan fluks (Bav) 0,65

Wb/mm2

atau Tesla adalah :

Putaran sinkron motor induksi per-detik adalah :


45

Volume rotor motor induksi 5 phasa adalah :

Diameter stator dan rotor motor induksi 5 phasa adalah :

Diameter stator yang dipilih pada perencanaan motor induksi 5 phasa adalah 82

mm.

Panjang stator dan rotor motor induksi 5 phasa adalah :

Panjang stator dan rotor motor induksi 5 phasa yang dipilih adalah 100 mm.

4.1.1.2 Perencanaan Model Bentangan Belitan Stator Motor Induksi 5 Phasa

Gambar model bentangan belitan stator merupakan gambar acuan yang

digunakan untuk proses pengerjaan menggulung belitan stator. Parameter yang

menjadi dasar suatu model bentangan belitan stator adalah jumlah kutub (P).

Perhitungan menentukan jumlah kutub stator motor induksi menggunakan


46

persamaan (2.21) dengan frekwensi yang digunakan adalah 50 Hz dan putaran

sinkron NS adalah 1500 rpm.

Jumlah slot stator untuk motor induksi 5 phasa dengan 4 kutub belitan asimetris

dan konstanta belitan K = 1 adalah :

slot

Untuk motor induksi dengan jumlah phasa adalah 5 phasa, belitan asimetris dan

jumlah slot stator motor induksi adalah 30 slot, perhitungan menentukan jumlah

slot/phasa stator motor induksi adalah :

4.1.1.3 Penandaan Belitan dan Hubungan Antara Sisi Stator Motor Induksi

5 Phasa

Motor 5 phasa memiliki 30 slot stator, 4 kutub dan belitan akan

membentuk hubungan 5 phasa. Pembagian kelompok belitan per-kutub akan

asimetris. Pembagian jumlah slot pada masing-masing kelompok kutub belitan

dilakukan seperti Gambar 4.1, masing-masing phasa memiliki 6 kumparan.

Konfigurasi untuk membentuk 5 phasa adalah dengan membagi 30 slot

stator kedalam 5 kelompok belitan dan masing-masing kelompok belitan per-

phasa terdiri dari 6 kumparan. Keenam belitan per-phasa ini terhubung secara seri

membentuk kelompok di masing-masing kutub[3]:

a. Phasa A dibentuk oleh 6 kumparan terdiri atas (1T – 7B), (2T – 8B), (15B –

9T), (16T – 22B), (17T – 23B) dan (30B – 24T).


47

b. Phasa B dibentuk oleh 6 kumparan terdiri atas : (4T – 10B), (5T – 11B), (18B

– 12T), (19T – 25B), (20T – 26B) dan (3B – 27T).

c. Phasa C dibentuk oleh 6 kumparan terdiri atas : (7T – 13B), (8T – 14B), (21B

– 15T), (22T – 28B), (23T – 29B) dan (6B – 30T).

d. Phasa D dibentuk oleh 6 kumparan terdiri atas : (10T – 16B), (11T – 17B),

(22B – 18T), (25T – 1B), (26T – 2B) dan (3T – 9B).

e. Phasa E dibentuk oleh 6 kumparan terdiri atas : (13T – 19B), (14T– 20B),

(27B – 21T), (28T – 4B), (29T – 5B) dan (12B – 6T).

Gambar 4.1 Pembagian Kelompok Belitan per-Phasa[3]

Gambar 4.2 Pembagian Kelompok Belitan per-Kutub[3]


48

Konfigurasi kelompok belitan masing-masing phasa akan membentuk belitan

stator motor 5 phasa dengan belitan lapis tunggal.

Gambar 4.3 Distribusi Belitan per-Phasa pada Slot

4.1.1.4 Model Belitan Stator Motor Induksi 5 Phasa

Hubungan antar slot pada stator yang membentuk belitan 5 phasa

diperoleh suatu model diagram belitan stator untuk motor induksi 5 phasa dengan

4 kutub.

Gambar 4.4 Model Belitan Stator pada Motor Induksi 5 Phasa Asimetris


49

4.1.1.5 Perhitungan Jumlah Belitan Stator Motor Induksi 5 Phasa

Fluks per-kutub dengan kerapatan fluks rata-rata (Bav) 0,48 Tesla adalah :

Tegangan per-phasa motor induksi 5 phasa adalah :

Eph=4,44 f . . Tph . kw

Maka jumlah belitan per-phasa adalah :

Jumlah konduktor adalah :

Jumlah konduktor per-slot adalah :

= 54 Lilitan

4.1.1.6 Perhitungan Penampang Kawat dari Belitan Stator Motor Induksi

5 Phasa

Arus stator per-phasa motor induksi 5 phasa adalah :


50

Luas area penampang konduktor belitan stator motor induksi 5 phasa dengan

kerapatan arus ( ) dalam belitan stator 4 A/mm2adalah:

Kawat yang digunakan untuk belitan stator motor induksi 5 phasa adalah yang

berukuran 0,8 mm2 dengan diameter 0,5 mm.

4.1.2 Perencanaan Rotor Motor Induksi 5 Phasa

Perencanaan rotor motor bertujuan untuk menentukan dimensi rotor,

jumlah slotrotor dan dimensi batang (bar) rotor motor induksi 5 phasa. Parameter-

parameter tersebut merupakan spesifikasi rotor motor induksi 5 phasa.

Gambar 4.5 Rangkaian Ekivalen End-Ring[14]

4.1.2.1 Diameter Rotor

Penentuan diameter rotor Dr dengan panjang stator L = 100 mm dan

diameter stator D = 82 mm harus mempertimbangkan panjang celah udara lg.

Panjang celah udara adalah :

lg = 0,2 + 2

L

=

= 0,21 mm

Minimum diameter luar rotor adalah :

Dr = D – 2 lg

= 0,082 – (2 0,00021)


51

= 0,08158 m

= 81,58 mm

Dalam perencanaan motor induksi 5 phasa diameter rotor yang dipilih adalah 81,5

mm dan panjang rotor yang dipilih adalah 100 mm.

4.1.2.2 Jumlah Slot Rotor

Beberapa faktor yang dijadikan perhatian dalam menentukan jumlah slot

rotor motor induksi 5 phasa adalah[11]:

a. Untuk menghindari masalah magnetic locking : Ss ˃ Sr

Jumlah slot rotor untuk motor induksi 5 phasa dengan 4 kutub dengan 30 slot

stator, sehingga :

30 ˃ Sr

b. Untuk menghindari masalah cogging dan crawling : (Ss Sr) ≠ ±P, ±2P, ±5P

Sehingga :

(Ss Sr) ≠ 4, 8, 20

c. Untuk menghindari masalah noise (bising) operasi : (Ss Sr) ≠ ±1, ±2, (±P ± 1),

(±P ± 2)

Sehingga :

(Ss Sr) ≠ 1, 2, 3, 5, 6

Pilihan untuk jumlah slot rotor Sr adalah : 7, 9, 10, 11, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19,

21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29.

Jumlah slot rotor Sr motor induksi rotor sangkar 5 phasa yang dipilih adalah 33

slot.

4.1.2.3 Dimensi Batang (Bar) Rotor dan Dimensi Slot Rotor

Daya motor 5 phasa 3 HP (2,238 kW) dengan hubungan stator bintang

(star), tegangan phasa : 200 VAC (VL-N), effesiensi : 0,85 dan PF : 0,8 maka arus

beban penuh motor atau arus stator per-phasa adalah :


52

Arus rotor ekuivalen adalah :

= 0,85 2,38

= 2,023 Amp

Dengan nilai KWS = 0,955 dan jumlah konduktor rotor/slot adalah 1 batang maka

arus per-konduktor rotor adalah :

= 94,84 Amp

Kerapatan arus pada batang rotor adalah 6 Amp/mm2, luas area batang rotor

adalah :

Dimensi batang rotor yang digunakan adalah : 100 mm 1 mm dan tebal slot

adalah 6 mm dengan rotor diameter adalah 81,5 mm.

4.1.3 Spesifikasi Motor Induksi 5 Phasa

Spesifikasi motor induksi 5 phasa

Spesifikasi Simbol Nilai Satuan

Kapasitas Motor P 3,0 HP

Tegangan Phasa Vph 200 Volt

Frekwensi f 50 Hz

Jumlah Kutub p 4 Kutub

Jumlah Phasa m 5 Phasa

Putaran Sinkron Ns 1500 rpm

Tipe Rotor Rotor Sangkar


53

Detail desain stator motor induksi 5 phasa


Kerapatan Fluks Bav 0,65 Wb/mm2 atau Tesla

Muatan Listrik q 12.000 Amp konduktor/m2

Diameter Stator D 82 mm

Panjang Stator L 100 mm

Belitan per-Phasa Tph 162 Lilitan

Jumlah Slot S 30 mm

Jumlah Kawat/Slot Zs 54 Lilitan

Arus Beban Penuh Is 2,38 Ampere

Luas Penampang Kawat as 0,8 mm2

Detail desain rotor motor induksi 5 phasa


Panjang Celah Udara lg 0,21 mm

Diameter Rotor Dr 81,5 mm

Panjang Rotor Lr 100 mm

Jumlah Slot Rotor Sr 33 pcs

Luas Penampang Bar Rotor ar 15,81 mm2

4.1.4 Proses Pengerjaan Penggulungan Belitan Stator Motor Induksi

5 Phasa

Menggulung belitan stator motor induksi merupakan ketrampilan teknis

yang membutuhkan ketelitian dan kerapian untuk mendapatkan hasil yang optimal

yaitu parameter dari motor listrik relatif sesuai dengan nilai spesifikasi yang

dipersyaratkan.

Urutan proses menggulung belitan stator motor induksi adalah :

1. Menentukan tipe belitan yang akan diaplikasikan.

Belitan stator yang akan diaplikasikan pada motor induksi 5 phasa adalah

belitan konsentris.

2. Merencanakan mal belitan

Ukuran mal belitan berdasarkan lebar antar slot pada stator dimana belitan

akan ditempatkan.

Mal belitan digunakan untuk mendapatkan hasil belitan yang sama secara

ukuran pada masing-masing phasa sehingga memudahkan untuk melakukan

peletakkan kawat belitan pada slot stator.


54

Gambar 4.6 Bentuk Belitan Stator per-Phasa

Motor Induksi 5 Phasa

3. Menyiapkan kertas plastik prespan

Kertas plastik prespan digunakan untuk melapisi dan membentuk isolasi

antara slot stator dengan kawat email belitan. Kertas plastik prespan juga

berfungsi sebagai pelindung belitan terhadap gesekan mekanis pada saat

peletakkan dan pemasangan kawat belitan di slot stator.

Ukuran kertas plastik prespan disesuaikan dengan dimensi slot stator dan pada

kedua ujung dilebihkan 4 mm.

Ukuran ketebalan kertas plastik prespan yang digunakan adalah 0,2 mm.

Gambar 4.7 Pemasangan Lembaran Plastik Prespan pada

Slot Stator Motor Induksi 5 Phasa

4. Proses penggulungan

Kawat belitan per-phasa yang sudah digulung menggunakan mal diletakkan

pada slot stator berdasarkan gambar model bentangan belitan stator motor

induksi 5 phasa.

Pemasangan ini memerlukan ketelitian yang tinggi, dijaga agar tidak terjadi

gesekan mekanis antara kawat email dengan slot stator. Bila terjadi gesekan

mekanis antara kawat email dengan slot stator akan menimbulkan kerusakan

isolasi pada kawat belitan yang akan berpotensi short antar belitan (turn to


55

turn short) atau short antara belitan ke body motor (short to ground) atau short

antar belitan phasa (short circuit). Short antar belitan akan menyebabkan

tahanan belitan berkurang dan berpotensi over current pada motor induksi.

Short to ground akan menyebabkan insulation resistance belitan berkurang

dan berpotensi over current atau ground fault pada motor induksi.

Short circuit akan mengakibatkan panas lebih pada belitan stator dan merusak

isolasi belitan hingga berakibat belitan stator terbakar.

Gambar 4.8 Pemasangan Belitan pada Slot Stator


5. Terminal Motor

Ujung-ujung belitan phasa (A2, B2, C2, D2 dan E2) disambung membentuk

hubungan bintang (star connection) dan sambungan disolder.

Ujung-ujung kawat belitan phasa (A1, B1, C1, D1 dan E1) dibersihkan terlebih

dari isolasi email dan dihubungkan pada terminal block yang diletakkan pada

terminal box. Terminal ini merupakan terminal motor yang akan dihubungkan

ke sumber tegangan 5 phasa.

6. Merapikan belitan

Agar kawat belitan pada setiap slot tidak keluar dari lubang slot maka kawat

belitan dilapisi dengan kertas plastik prespan dipermukaan slot kemudian

diberi pasak mika tebal atau pasak bambu (wedge) pada masing-masing slot

agar kawat email tidak keluar, menjaga agar tidak terjadi gesekan dengan rotor

pada saat rotor berputar.

Susunan belitan yang berada pada bagian luar slot diatur rapi dan diikat agar

bagian rotor yaitu end bracket/bearing housing pada sisi DE (drive end) dan

NDE (non-drive end) dapat dipasang (assembly) dengan mudah. Belitan-


56

belitan ini dikat dengan benang besar atau dengan lakban kain hingga kencang

dan rapi.

7. Insulating Varnish

Insulating varnish adalah cairan kimia bening/transparan berfungsi sebagai

pelapis, pelindung, isolasi, pada kawat gulungan. Pada belitan stator motor

listrik berfungsi untuk melindungi belitan stator agar terhindar dari

kelembaban udara, perubahan kimia asam dan temperatur.

Untuk aplikasi tegangan rendah insulating varnish harus dapat menahan

tegangan hingga 3.000 volt/mil.

8. Pemanasan isolasi belitan stator

Belitan stator yang sudah di varnish dikeringkan dengan pemanasan

menggunakan oven pada temperatur 100oC selama 1 jam.

Pemanasan bertujuan untuk menghilangkan kelembaban pada isolasi belitan

bertujuan agar nilai tahanan isolasi tinggi.

4.2 Transformator 5 Phasa Sebagai Supply Motor Induksi 5 Phasa

Motor induksi 5 phasa memerlukan supply tegangan AC 5 phasa dengan

nilai tegangan phasa 200 VAC. Kebutuhan ini di supply oleh dry transformator 5

phasa.

4.2.1 Blok Diagram Transformator 5 Phasa

Supply tegangan sinusoidal 5 phasa diperlukan untuk kebutuhan motor

induksi 5 phasa. Sistem dan hubungan transformasi 3 phasa ke 5 phasa yang

diaplikasikan harus menghasilkan supply 5 phasa yang relatif setimbang.

Sistem transformasi 3 phasa ke 5 phasa menghasilkan tegangan 5 phasa tetap dan

frekwensi tetap. Output atau sekunder transformator dapat diatur bervariasi

dengan mendisain autotransformator pada sisi input atau primer transformator.

Gambar 4.9 Blok Diagram Sistem Transformasi 3 Phasa ke 5 Phasa[1]


57

C1

C2

B1

B2

A2

A1

VR

VS

VT

N

a2

a1

a3

a4

b6

b5

b4b3

b2

b1

c6

c5

c4c3

c2c1

VA

VE

VC

VB

NVD

N

T R

S

C 2

C 1A 1

A 2

B 1

B 2

4.2.2 Susunan Kumparan Transformator

Transformator terdiri dari kumparan primer dan sekunder yang dibelitkan

pada inti ferromagnetik. Transformator yang digunakan merupakan tipe inti (core

type) dengan konstruksi inti berbentuk E – I.

Gambar 4.10 Hubungan Kumparan Primer (Bintang) dan Kumparan

Sekunder (Bintang) Transformator 5 Phasa[1]

Inti transformator dirancang dengan 3 kumparan primer dan 8 kumparan

sekunder, 6 terminal sisi primer terhubung dalam hubungan bintang dan 16

terminal sekunder terhubung juga dalam hubungan bintang.

Hubungan bintang merupakan hubungan transformasi sistem 3 phasa pada

sisi primer dengan beda phasa 120°.

Gambar 4.11 Hubungan Transformasi Bintang pada Kumparan Primer

dari Transformator 5 Phasa[1]


58

Na4a3

b3

b4

b6

VE

a1VA

VD

VC

VB

c6

c5

b1

b2

c1

c2

a2

c3

c4

b5

Sisi sekunder transformator dihubungkan dengan transformasi bintang sistem 5

phasa dengan beda masing-masing phasa dipersyaratkan 72° dan ini diperoleh

dengan menggunakan rasio belitan yang sesuai.

Skematik hubungan kumparan sekunder untuk mendapatkan keluaran bintang

diilustrasikan seperti pada Gambar 4.12.

Gambar 4.12 Hubungan Transformasi Bintang pada Kumparan

Sekunder dari Transformator 5 Phasa[1]

Phasor diagram yang membentuk keadaan ini diilustrasikan pada Gambar

4.13. Penentuan rasio belitan adalah kunci dalam menciptakan perbedaan phasa

yang diperlukan pada phasa keluaran.

c4

b1

b2

b4

b3

b5

b6

c5

c3c6

a1 a2

c2

c1

a4a3VR

VA-VX

VD

VT

VE

-VS

Vc

VS

VB-VT

N

Gambar 4.13 Diagram Phasor Hubungan Kumparan Primer (Bintang)

dan Sekunder (Bintang) Transformator 5 Phasa[1]


59

c4

b1

b2

b4

b3

b5

b6

c5

c3c6

a1 a2

c2

c1

a4a3VR

VA-VX

VD

VT

VE

-VS

Vc

VS

VB-VT

N

120o

120o

120o

72o

72o

72o

72o

72o

X

Z

N b1

b2

c5

Zc6

12o

120o48o

VB

c5

4.2.3 Perbandingan Kumparan Sekunder (NS) dan Kumparan Primer (NP)

Transformator dengan Hubungan Lilitan Bintang – Bintang

Untuk menentukan jumlah lilitan kumparan primer (NP) dan kumparan

sekunder (NS) transformator diperlukan perhitungan perbandingan kumparan

sekunder (NS) dan kumparan primer (NP) transformator.

a. Perbandingan kumparan sekunder (NS) dan kumparan primer (NP)

padaterminal tegangan sekunder VA (a1a2)

Sudut phasa adalah 0o

Gambar 4.14 Perbedaan Sudut Phasa Kumparan Primer (Bintang) 3 Phasa

dan Sekunder (Bintang) Transformator 5 Phasa

b. Perbandingan kumparan sekunder (NS) dan kumparan primer (NP) pada

terminal tegangan sekunder VB (b1b2 dan c5c6)


60

c. Perbandingan kumparan sekunder (NS) dan kumparan primer (NP) pada

terminal tegangan sekunder VC (a3a4 dan b3b4).

b4

b3

a4a3

Vc

X36o60o 120o

24o30o


61

N

T R

S

C 2

C 1A 1

A 2

B 1

B 2

1

1

1

d. Perbandingan kumparan sekunder (NS) dan kumparan primer (NP) pada

terminal tegangan sekunder VD (c1c2)

e. Perbandingan kumparan sekunder (NS) dan kumparan primer (NP) pada

terminal tegangan sekunder VE (c3c4 dan b5b6)

0,88

Dengan nilai kumparan primer (NP) yang ditetapkan maka model susunan sisi

primer transformator dengan transformasi 3 phasa seperti ditunjukkan Gambar

4.15.

Gambar 4.15 Model Sisi Primer Transformator dengan Transformasi

3 Phasa dengan Hubungan Lilitan Bintang[1]


62

Hasil kalkulasi perbandingan kumparan sekunder (NS) dan kumparan primer (NP)

pada terminal tegangan sekunder VA, VB, VC, VD dan VE membentuk model

susunan sisi sekunder transformator dengan transformasi 5 phasa seperti

ditunjukkan Gambar 4.16.

0.47

0.68

0.68

0.24

0.24

1

0.88

0.88

Na4a3

b3

b4

b6

VE

a1VA

VD

VC

VB

c6

c5

b1

b2

c1

c2

a2

c3

c4

b5

Gambar 4.16 Model Sisi Sekunder Transformator dengan Transformasi

5 Phasa dengan Hubungan Lilitan Bintang[1]

4.2.4 Perhitungan Jumlah Belitan Transformator

Perencanaan transformator diawali dengan pemilihan nilai volt/turn atau

volt/lilit.

Dengan nilai volt/lilit (Et) adalah 1,1 dan tegangan input (VP Line-Line) di sisi

primer transformator adalah 380 Volt maka jumlah belitan primer adalah :

Perhitungan diperlukan untuk menentukan jumlah belitan sekunder transformator

berdasarkan perbandingan kumparan sekunder (NS) dan kumparan primer (NP)

pada setiap terminal tegangan sekunder VA, VB, VC, VD dan VE.

Jumlah belitan sekunder terminal a1a2 adalah :

NSa1a2 = 1 347 Lilitan

= 347 Lilitan


63

Jumlah belitan sekunder terminal a3a4 adalah :

NSa3a4 = 0,47 347 Lilitan

= 163,08 Lilitan

164 Lilitan

Jumlah belitan sekunder terminal b1b2 adalah :

NSb1b2 = 0,24 347 Lilitan

= 83,28 Lilitan

84 Lilitan


= 83,28Lilitan

84 Lilitan



= 235,96 Lilitan

236 Lilitan


= 235,96 Lilitan

236 Lilitan



= 305,36Lilitan

306 Lilitan

Jumlah belitan sekunder terminal c1c2 adalah :

NSc1c2 = 0,68 347 Lilitan

= 235,96 Lilitan

236 Lilitan



= 83,28Lilitan

84 Lilitan




64

= 305,36Lilitan

306 Lilitan

4.2.5 Tegangan Terminal per-Phasa Transformator

Tegangan terminal per-phasa pada sisi primer dan sekunder transformator

dihasilkan dari jumlah phasor tegangan kumparan pada masing-masing phasa.

Pada sisi primer transformator, tegangan terminal per-phasa dihasilkan oleh

phasor tegangan A1A2, B1B2, C1C2.

Phasor tegangan : A1A2 = B1B2 = C1C2 = 1

Tegangan phasa sisi primer transformator adalah :

VRN = VSN = VTN = (A1A2)

= 1 219,65 Volt

= 219,65 Volt

220 Volt

Pada sisi sekunder transformator, tegangan keluaran phasa A adalah

phasor tegangan pada sepanjang masukan phasa R karena phasa A se-phasa

dengan phasa R. Tegangan keluaran phasa B dihasilkan dari jumlah phasor

tegangan kumparan c6c5 dan b1b2. Tegangan keluaran phasa C diperoleh dari

penjumlahan phasor dari tegangan kumparan a4a3 dan b3b4. Tegangan keluaran

phasa D diperoleh dari penjumlahan phasor tegangan kumparan a4a3 dan c1c2.

Dan tegangan keluaran phasa E dihasilkan dari jumlah phasor dari tegangan

kumparan c3c4 dan b6b5.

Tegangan Phasa A (a1a2) adalah :

VAN = (a1a2) VRN

= 1 198 Volt

= 198 Volt

Tegangan Phasa B (b1b2 dan c5c6) adalah :

VBN = (b1b2 c5c6) VRN

= (0,24 0,88) 198 Volt

= 1,2 198 Volt

= 237,6 Volt

Tegangan Phasa C (a3a4 dan b3b4) adalah :


65

VCN = (a3a4 b3b4) VRN

= (0,47 0,68) 198 Volt

= 1,15 198 Volt

= 227,7 Volt

Tegangan Phasa D (a3a4 dan c1c2) adalah :

VDN = (a3a4 c1c2) VRN

= (0,47 0,68) 198 Volt

= 1,15 198 Volt

= 227,7 Volt

Tegangan Phasa E (c3c4 dan b5b6) adalah :

VEN = (c3c4 b5b6) VRN

= (0,24 0,88) 198 Volt

= 1,2 198 Volt

= 237,6 Volt

4.2.6 Perhitungan Penampang Kawat Kumparan Transformator

Rating transformator adalah 8 kVA dan tegangan line – line sisi primer

transformator dengan sistem 3 phasa 380 Volt maka arus sisi primer adalah :

Tegangan per-phasa sisi sekunder transformator dengan sistem 5 phasa adalah 200

Volt maka arus sisi sekunder adalah :

Luas area penampang konduktor kumparan primer transformator dengan

kerapatan arus dalam belitan stator 4 A/mm2

adalah :


66

Kawat yang digunakan untuk kumparan primer transformator adalah berukuran

3,5 mm2 dengan diameter 2 mm.

Luas area penampang konduktor kumparan sekunder transformator dengan

kerapatan arus dalam belitan stator 4 A/mm2

adalah :

Kawat yang digunakan untuk kumparan primer transformator adalah yang

berukuran 2,5 mm2 dengan diameter 1,75 mm.

4.2.7 Perhitungan Dimensi Inti Transformator

Inti transformator adalah media fluks elektromagnetik mengalir dari

kumparan primer ke kumparan sekunder. Kedua kumparan ini tidak terhubung

secara langsung.

Kerapatan fluks (Bm) atau kuat medan magnet menentukan luas penampang inti

transformator, nilai kerapatan fluks yang lebih tinggi menghasilkan area inti

transformator yang lebih kecil. Pemilihan kerapatan fluks bergantung pada

peruntukan transformator (transformator distribusi atau transmisi) dan bahan yang

digunakan untuk laminasi inti. Inti yang terlaminasi terbuat dari baja silikon dan

dapat bekerja dengan fluks yang lebih tinggi.

Inti dry transformator 3 phasa – 5 phasa didesain menggunakan tipe

cangkang (core type) dengan material siliconstell. Dimensi dari desain inti

transformator harus mengakomodasi jumlah fluks elektromagnetik yang mengalir

agar diperoleh dry transformator yang sesuai dengan kebutuhan.


67

A

D

B

E

D F D

DD

D

A

D

t

Gambar 4.17 Desain Inti Transformator Tipe Cangkang (Core Type)

untuk Transformasi 3 Phasa –5 Phasa

Rating transformator (Q) 8 kVA dengan tegangan sisi primer

transformator (VP) 380 Volt, frekwensi (f) 50 Hz, kuat medan magnet (Bm) 0,9

Wb/m2 atau 0,9 Tesla, kerapatan arus ( ) 4 A/mm

2 dan faktor jendela (Kw) 0,27

maka :

Dari persamaan diatas penampang inti transformator AP adalah :

(m4)

Ukuran lebar inti transformator D diperoleh menggunakan Tabel 4.1 berdasarkan

nilai AP. Dari Tabel 4.1 yang mendekati nilai AP : 4,94321 10-5

m4 adalah

5,12177 10-5

m4. Dengan nilai AP : 5,12177 10

-5 m

4 dari Tabel 4.1 nilai area

product inti besi transformator 3 phasa, lebar inti transformator D diperoleh

0,0515 m atau 51,5 mm.

Ukuran tebal inti transformator adalah :

t = D 1,618

= 0,0515 1,618

= 0,083m

90 mm


68

Ap (m4) Ac (m

2) Aw (m

2) E (m)

2.9823E-08 0.000103552 0.000288 0.008

4.77706E-08 0.000131058 0.0003645 0.009

5.93042E-08 0.000146025 0.000406125 0.0095

7.281E-08 0.0001618 0.00045 0.01

1.06601E-07 0.000195778 0.0005445 0.011

1.89411E-07 0.000260967 0.000725805 0.0127

3.04463E-07 0.000330865 0.000920205 0.0143

4.77168E-07 0.000414208 0.001152 0.016

6.82878E-07 0.000495513 0.001378125 0.0175

9.48867E-07 0.000584098 0.0016245 0.019

1.76849E-06 0.000797415 0.00221778 0.0222

3.03058E-06 0.001043869 0.00290322 0.0254

4.80364E-06 0.001314221 0.003655125 0.0285

6.05646E-06 0.001475681 0.00410418 0.0302

1.2923E-05 0.002155581 0.005995125 0.0365

1.95889E-05 0.002653925 0.007381125 0.0405

2.98567E-05 0.00327645 0.0091125 0.045

5.12177E-05 0.004291341 0.011935125 0.0515

8.82265E-05 0.005632258 0.0156645 0.059

0.000174817 0.0079282 0.02205 0.070

Tabel 4.1 Nilai Area Product (AP) Inti Besi Transformator 3 Phasa[7]

D diperoleh 0,0515 m atau 51,5 mm, dengan menggunakan Tabel 4.2 dimensi lain

untuk inti besi transformator 3 phasa diperoleh :

A : 0,354 m atau 35,4 mm

B : 0,236 m atau 23,6 mm

E : 0,089 m atau 8,9 mm

F : 0,177 m atau 17,7 mm


69

A (m) B (m) D (m) E (m) F (m)

0.048 0.032 0.008 0.016 0.024

0.054 0.036 0.009 0.018 0.027

0.057 0.038 0.0095 0.019 0.0285

0.06 0.04 0.01 0.02 0.03

0.066 0.044 0.011 0.022 0.033

0.0762 0.0508 0.0127 0.0254 0.0381

0.0858 0.0572 0.0143 0.0286 0.0429

0.096 0.064 0.016 0.032 0.048

0.105 0.07 0.0175 0.035 0.0525

0.114 0.076 0.019 0.038 0.057

0.1332 0.888 0.0222 0.0444 0.0666

0.1524 0.1016 0.0254 0.0508 0.0762

0.171 0.114 0.0285 0.057 0.0855

0.1812 0.1208 0.0302 0.0604 0.0906

0.219 0.146 0.0365 0.073 0.1095

0.243 0.162 0.0405 0.081 0.1215

0.27 0.18 0.045 0.09 0.135

0.309 0.206 0.0515 0.103 0.1545

0.354 0.236 0.059 0.118 0.177

0.42 0.28 0.07 0.14 0.21

Tabel 4.2 Ukuran Inti Besi Transformator 3 Phasa[7]

4.2.8 Rancangan Dry Transformator

Spesifikasi dry transformator

Daya Transformator : 8 kVA

Tegangan sisi primer : 380 VAC (VL-L), 3 Phasa, 50 Hz

Hubungan sisi primer : Bintang

Beda phasa sisi primer : 120o

Arus sisi primer : 12,17 Amp

Tegangan sisi sekunder : 200 VAC (VL-N), 5 Phasa, 50 Hz

Hubungan sisi sekunder : Bintang


70

35

,4 m

m

51

,5 m

m

23,6 mm

89

mm

51,5 mm 17,7 mm 51,5 mm

51

,5 m

m5

1,5

mm

51

,5 m

m

35

,4 m

m

51

,5 m

m

90 mm

Sudut phasa sisi sekunder : 72o

Arus sisi sekunder : 8 Amp

Faktor daya : 0,9

Material inti transformator : Silicon steel

Pendinginan : Udara dengan sirkulasi alami

Kawat belitan primer : 3,5 mm2

Kawat belitan sekunder : 2,5 mm2

Perbandingan NS dan NP :

Sisi Primer Sisi Sekunder

Terminal

Rasio

Kumparan

(NP/NS)

Jumlah

Lilitan

Kumparan

(Lilit)

Terminal

Rasio

Kumparan

(NS/NP)

Jumlah

Lilitan

Kumparan

(Lilit)

A1A2 1 347 a1a2 1 347

a3a4 0,47 164

B1B2 1 347

b1b2 0,24 84

b3b4 0,68 236

b5b6 0,88 306

C1C2 1 347

c1c2 0,68 236

c3c4 0,24 84

c5c6 0,88 306

Dimensi inti transformator :


71

Model belitan transformator :

4.3 Pengujian Dry Transformator 3 Phasa – 5 Phasa

Tujuan dari pengujian dry transformator 3 phasa – 5 phasa adalah untuk

mengetahui parameter-parameter dry transformator 3 phasa – 5 phasa agar bisa

digunakan untuk digunakan sebagai power supply motor motor induksi 5 phasa.

Pengujian yang dilakukan adalah pengujian tahanan isolasi dan pengujian tanpa

beban.


Hasil pengujian tahanan isolasi belitan stator primer dan sekunder dry

transformator 3 phasa – 5 phasa ditampilkan pada tabel dibawah.

Terminal

Primer

Tegangan

Pengujian Nilai Satuan

R–Ground 250 VDC 10,5 GOhm

S–Ground 250 VDC 10,6 GOhm T–Ground 250 VDC 11,0 GOhm

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Tahanan Isolasi Sisi Primer

Dry Transformator 3 Phasa – 5 Phasa


72

Terminal

Sekunder

Tegangan

Pengujian

Nilai Satuan

A –Ground 250 VDC 8,4 GOhm

B–Ground 250 VDC 8,5 GOhm C–Ground 250 VDC 8,3 GOhm D –Ground 250 VDC 8,6 GOhm E–Ground 250 VDC 8,5 GOhm

Tabel 4.4 Hasil Pengujian Tahanan Isolasi Sisi Sekunder

Dry Transformator 3 Phasa – 5 Phasa


Hasil pengujian tanpa beban (no-load test) pada dry transformator 3 phasa

– 5 phasa ditampilkan pada tabel dibawah.

Terminal

Primer Nilai Satuan

R–S 380 Volt

S–T 380 Volt

R–T 380 Volt

R–N 220 Volt

S–N 220 Volt T–N 220 Volt

Tabel 4.5 Hasil Pengujian Tanpa Beban Terminal Primer dan

Sekunder Dry Transformator 3 Phasa – 5 Phasa

Terminal

Sekunder Nilai Satuan

A–B 237 Volt

B–C 234 Volt

C–D 236 Volt

D–E 234 Volt

E–A 235 Volt A–N 201 Volt B–N 203 Volt C–N 201 Volt D–N 202 Volt E–N 201 Volt

Tabel 4.6 Hasil Pengujian Tanpa Beban Terminal Primer dan

Sekunder Dry Transformator 3 Phasa – 5 Phasa

4.4 Pengujian Motor Induksi 5 Phasa

Tujuan dari pengujian motor induksi 5 phasa adalah untuk mengetahui

karaterisktik dan parameter-parameter dari motor induksi 5 phasa serta kinerja

motor induksi 5 phasa.


73

Pengujian yang dilakukan adalah pengujian tahanan isolasi, pengujian

tahanan belitan stator, pengujian tanpa beban dan pengujian blocked–rotor.

4.4.1 Pengujian Tahanan Belitan Stator

Hasil pengujian tahanan belitan stator motor induksi 5 phasa ditampilkan

pada tabel dibawah.

IDC (A)

VDC (Volt)

R1 (Ω)

0 0 0

0,3 20,8 69,3

0,6 26,2 43,7

0,9 31,6 35,1

1,2 37,9 31,6

1,5 44,3 29,5

1,8 52,7 29,3

2,3 60,2 26,2

Tabel 4.7 Hasil Pengujian DC Tahanan Belitan

Stator Motor Induksi 5 Phasa

Dengan nilai R1 ini maka rugi tembaga stator dapat ditentukan.

Nilai rata-rata R1 dari tabel diatas adalah :


Hasil pengujian tahanan isolasi belitan stator motor induksi 5 phasa

ditampilkan pada tabel dibawah.

Terminal Tegangan

Pengujian Nilai Satuan

A – Ground 250 VDC 6,4 GOhm

B–Ground 250 VDC 5,5 GOhm C–Ground 250 VDC 6,3 GOhm D –Ground 250 VDC 5,6 GOhm E–Ground 250 VDC 5,5 GOhm

Tabel 4.8 Hasil Pengujian Tahanan Isolasi Belitan Stator



74


Hasil pengujian tanpa beban (no-load test) motor induksi 5 phasa

ditampilkan pada tabel dibawah.

VLN (Volt)

PF Iph (A)

0 0 0 50 0,6 0,2 100 0,35 0,4 150 0,15 0,6 200 0,2 1,2

Tabel 4.9 Hasil Pengujian Tanpa Beban Motor Induksi 5 Phasa

Impedansi ekivalen tanpa beban (no-load) :

Sehingga :

Rugi tembaga stator adalah :

Watt

Rugi tanpa beban (no-load) adalah :

4.4.4 Pengujian Block-Rotor

Data hasil pengujian blocked-rotor motor induksi 5 phasa dalam

perancangan ini ditampilkan pada tabel dibawah.

Parameter Nilai Satuan

VLN 105,6 Volt PF 0,5

Iph 2,3 Ampere

Tabel 4.10 Hasil Pengujian Block Rotor Motor Induksi 5 Phasa


75

Faktor daya blocked-rotor serta sudut impedansi ( ) adalah :

Sehingga :

Magnitudo dari total impedansi dalam rangkaian motor saat ini adalah :

Sudut total impedansi adalah , maka :

4.4.5 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi 5 Phasa

Tahanan lock-rotor adalah :

=

Nilai R1 sebesar 18,91Ω diperoleh berdasarkan data percobaan dan R1 merupakan

tahanan belitan stator motor induksi 5 phasa dengan jumlah slot stator adalah 30

slot, tetapi untuk R2 menggunakan data pabrikan karena tidak dilakukan

modifikasi pada rotor. Nilai R2 yang merupakan data pabrikan adalah 0,332 Ω.

Reaktansi ekivalen adalah :


76

Diasumsikan reaktansi dibagi sama rata antara rotor dan stator maka :

Bila :

maka

Sehingga :

Rangkaian ekivalen per-phasa seperti gambar di bawah :

Gambar 4.18 Rangkaian Ekivalen Per-Phasa Motor Induksi 5 Phasa

Untuk rangkaian ekivalen ini nilai ekivalen Thevenin diperoleh melalui

persamaan dibawah :


77

Volt

Dimana :

Dari nilai ekivalen Thevenin di atas maka nilai slip maksimum motor induksi 5

phasa adalah :

Nilai torsi maksimum motor induksi 5 phasa adalah :

N-m

Nilai torsi induksi motor induksi 5 phasa adalah :

N-m

Nilai torsi awal (starting) motor induksi 5 phasa adalah :


78

N-m

4.4.6 Parameter Hasil Pengujian Motor Induksi 5 Phasa

Parameter motor induksi 5 phasa asinkron rotor sangkar, 3 HP, 4 kutub,

200 VAC (tegangan phasa), 50 Hz yang diperoleh dari hasil pengujian adalah :

Parameter Nilai Satuan

R1 18,91 Ohm

X1 9,9402 Ohm

R2 0,332 Ohm

X2 0,464 Ohm

XM 35,9719 Ohm

VTH 144,8967 Ohm

RTH 11,6057 Ohm

Smax 2,13 %

Tmax 12,2946 N.m

Tind 9,1849 N.m

Tstart 0,8853 N.m

4.4.7 Analisa Data Pengujian Motor Induksi 5 Phasa

Analisa hasil pengujian motor induksi 5 phasa adalah membuktikan

keberhasilan dalam rancang bangun motor induksi 5 phasa rotor sangkar.

4.4.7.1 Analisa Pengujian Tanpa Beban (No-Load)

Dalam pengujian tanpa beban (no-load) tegangan, daya input, faktor daya

dan arus stator motor induksi 5 phasa beroperasi tanpa beban. Pengaruh dari

pengujian ini adalah :

1. Kecepatan Putar

Kecepatan praktis konstan sampai tegangan sangat rendah dicapai. Pengaruh

fluktuasi tegangan relatif sangat kecil pada kecepatan motor induksi.

2. Arus Stator

Ketika tegangan supply meningkat, arus stator naik secara bertahap karena


79

peningkatan arus magnetisasi yang diperlukan untuk menghasilkan fluks

stator. Komponen arus stator memproduksi fluks dan medan putar untuk

meningkatnya kecepatan putaran rotor.

Pada tegangan sangat rendah, induksi sangat rendah sehingga hampir seluruh

arus stator digunakan untuk menyeimbangkan arus rotor.

Pada tegangan normal, arus rotor hanya membutuhkan sebagian kecil dari arus

stator untuk menyeimbangkannya. Arus magnetisasi yang lebih kuat untuk

mempertahankan fluks celah udara.

3. Faktor Daya

Komponen magnetisasi dari arus stator menjadi lebih besar dengan

meningkatnya tegangan. Dengan demikian, terjadi peningkatan pada sudut

faktor daya sehingga terjadi penurunan faktor daya.

4. Daya Input

Daya input tanpa beban digunakan atau terkonversi untuk mengatasi rugi

belitan dan rugi gesekan. Kehilangan gesekan hampir konstan pada semua

tegangan (sampai kecepatan motor turun dengan cepat), sementara rugi-rugi

belitan terus meningkat dengan meningkatnya tegangan yang diberikan.

4.4.7.2 Analisa Pengujian Rotor Tertahan (Blocked-Rotor)

Dalam pengujian rotor tertahan (blocked-rotor) tegangan, daya input,

faktor daya dan arus stator motor induksi 5 phasa beroperasi dengan rotor diblock

sehingga rotor tidak dapat bergerak.

Pengaruh dari pengujian ini adalah :

1. Daya Input

Ketika rotor tertahan (blocked), arus beban penuh mengalir melalui belitan.

Rugi belitan akan sangat kecil karena pada saat itu magnetisasi tegangan akan

rendah.

Daya akan diserap oleh motor, sehingga rugi-rugi akan meningkat. Dengan

kenaikan tegangan yang diterapkan ke stator, rugi-rugi akan meningkat

sebagai kuadrat arus.


80

2. Arus Stator

Arus stator akan meningkat sebanding dengan arus rotor, sebagai

penyeimbang arus rotor.

4.4.7.3 Analisa Slip dan Torsi

Berdasarkan kalkulasi slip dan torsi motor induksi 5 phasa rotor sangkar

diperoleh :

1. Slip pada torsi maksimum bergantung pada nilai tahanan rotor.

2. Semakin rendah slip motor maka rugi rotor semakin rendah.

3. Torsi berhubungan dengan kuadrat tegangan yang diberikan.

4. Torsi berbanding terbalik dengan impedansi motor induksi.

5. Torsi tidak bergantung pada nilai tahanan rotor.

4.4.7.4 Pengujian Kehandalan (Reliability)

Untuk menguji kehandalan motor induksi 5 phasa rotor sangkar dilakukan

pengujian dengan mode operasi 4 phasa (gangguan 1 phasa) dan mode operasi3

phasa (gangguan 1 phasa). Kondisi ini mensimulasikan gangguan terhadap

tegangan sumber atau kegagalan belitan stator.

Gambar 4.19 Rangkaian Pengujian Kehandalan Motor Induksi 5 Phasa

Pada kedua mode operasi 4 phasa (gangguan 1 phasa) dan mode operasi 3 phasa

(gangguan 1 phasa) motor induksi 5 phasa rotor sangkar beroperasi dengan

putaran normal dan konstan.


81

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil pembahasan dalam skripsi ini, maka dapat disimpulkan

sebagai berikut:

1. Belitan stator motor induksi 5 phasa asimetris yang merupakan bagian dari

desain stator motor induksi 5 phasa berhasil direncanakan dan dibangun.

2. Untuk mendapatkan spesifikasi motor induksi 5 phasa dilakukan perencanaan

motor induksi 5 phasa rotor sangkar menggunakan formula dengan sistem 5

phasa.

3. Medan putar motor induksi asinkron rotor sangkar 5 phasa berhasil

dibangkitkan, kecepatan sinkron motor tidak berelasi dengan penambahan

jumlah phasa motor dan kebutuhan arus pada motor 5 phasa rendah.

4. Motor induksi asinkron rotor sangkar 5 phasa terbukti memiliki keunggulan

tingkat toleransi terhadap gangguan tegangan sumber yang tinggi sehingga

mampu untuk menjaga kesinambungan kinerja motor apabila satu atau dua

phasa mendapat gangguan/hilang.

Empat atau tiga phasa sisa masih akan mampu memutar motor dengan sedikit

penurunan kinerja.

5.2 Saran

Berdasarkan uraian hasil analisis dalam skripsi ini, saran yang diberikan

adalah sebagai berikut :

1. Diperlukan penelitian lanjutan untuk mendapatkan nilai tahanan stator motor

induksi 5 phasa yang relatif sangat rendah.

2. Pada penelitian lanjutan diperlukan penurunan tegangan terminal motor

induksi 5 phasa untuk mendapatkan nilai arus induksi 5 phasa yang relatif

besar.

3. Motor induksi 5 phasa dapat dijadikan penelitian unggulan pada Departemen

Teknik Elektro – Fakultas Teknik USU.


82

4. Penelitian lanjutan untuk belitan stator simetris motor induksi 5 phasa

disarankan untuk dilakukan karena memiliki keunggulan lain disamping

memiliki tingkat toleransi yang tinggi terhadap gangguan tegangan sumber

dapat mereduksi dimensi phisik (frame) motor karena memiliki jumlah slot

stator yang lebih sedikit dibanding belitan stator asimetris motor induksi 5

phasa.

Jumlah minimum slot stator untuk motor induksi 5 phasa dengan 4 kutub

untuk belitan simetris adalah :

slot

Konfigurasi untuk membentuk 5 phasa adalah dengan membagi 20 slot stator

kedalam 5 kelompok belitan simetris dan masing-masing kelompok belitan

per-phasa terdiri dari 4 kumparan. Keempat belitan per-phasa ini terhubung

secara seri membentuk kelompok di masing-masing kutub :

Gambar 5.1 Pembagian Kelompok Belitan per-Kutub

a. Phasa A dibentuk oleh 4 kumparan terdiri atas (1 – 4), (8 – 5), (9 – 12) dan

(16 – 13).


83

b. Phasa B dibentuk oleh 4 kumparan terdiri atas : (3 – 6), (10 – 7), (11 – 14)

dan (18 – 15).

c. Phasa C dibentuk oleh 4 kumparan terdiri atas : (5 – 8), (12 – 9), (13 – 16)

dan (20 – 17).

d. Phasa D dibentuk oleh 4 kumparan terdiri atas : (2 – 5), (9 – 6), (10 – 13)

dan (17 – 14).

e. Phasa E dibentuk oleh 4 kumparan terdiri atas : (4 – 7), (11– 8), (12 – 15)

dan (19 – 16).

Gambar 5.2 Pembagian Kelompok Belitan per-Phasa

Konfigurasi kelompok belitan masing-masing phasa akan membentuk

belitan stator motor 5 phasa dengan belitan lapis tunggal.

Gambar 5.3 Distribusi Belitan per-Phasa pada Slot


84

Hubungan antar slot pada stator yang membentuk belitan 5 phasa diperoleh

suatu model diagram belitan stator untuk motor induksi 5 phasa dengan 4

kutub.

Gambar 5.4 Model Belitan Stator pada Motor Induksi 5 Phasa Simetris

5. Laboratorium Konversi Energi, Departemen Teknik Elekto – Fakultas Teknik

USU harus dilengkapi dengan peralatan-peralatan pengujian yang memadai

untuk melakukan penelitian yang komprehensif.


85

DAFTAR PUSTAKA

[1] Monika. N, Samhita. V, Sindhu. M, Swetha. P.V, Somashekar. B, Modelling

And Simulation Of Three-Phase To Five-Phase Transformation Using A

Special Transformer Connection, International Journal of Emerging

Technology And Advance Engineering, Volume 3, Issue 5 May 2013.

[2] K.P. Prasad Rao, B. Krishnaveni, D. Ravithej, Five-Leg Inverter for Five-

Phase Supply, International Journal of Engineering Trends and Technology-

Volume 3, Issue 2 December 2012.

[3] M. Rizwan Khan, Atif Iqbal, SK. Moin Ahmed, S. Moinuddin, Saifullah

Payami, Multi-Phase Alternative Current Machine Winding Design,

International Journal of Engineering, Science and Technology Vol. 2, 10

Nov. 2010, pp. 79-86.

[4] Turan Gönen, Electric Power Distribution System Engineering, McGraw-

Hill Book Company, 2006.

[5] Emil Levi, Recent Developments in High Performance Variable-Speed

Multiphase Induction Motor Drives, 2006

[6] Djuhana Djoekardi, Mesin Listrik Arus Tukar, Universitas Trisakti, Jakarta,

1997.

[7] N. Mittle, Arvind Mittal, Design Of Electrical Machine, Bhopal Standard

Publishers Distributors, 1996.

[8] Zuhal, Dasar Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Pt. Gramedia Pustaka

Utama, Jakarta, 1993.

[9] D. Stevenson, William Jr., Analisis Sistem Tenaga Listrik, Edisi Keempat,

Erlangga, Jakarta, 1990.

[10] E. E. Ward, . rer, Preliminary Investigation of an Invertor-Fed 5-Phase

Induction Motor, Proc. Inst. Elect. Eng., vol. 116, no. 6, 1969.

[11] A.M. Dudley, Rewinding and Reconnecting Induction Motors,

Westinghouse Electric Corporation. Pennsylvania, 1948.

[12] Dr.R.C. Goel and Nafees Ahmed, 3 Phase Induction Motor Design,

www.eedofdit.com.

[13] Design of Induction Motors, VTU Learning


86

[14] EEEB344 Electromechanical Devices – Chapter 7


87


skripsi rancang bangun prototipe motor induksi …

Documents